本文參加百家號 #科學了不起# 系列徵文賽。
在浩瀚的宇宙中，存在著無數的黑洞、恆星、行星，我們知道在行星周圍一般存在著很多的行星朋友，那麼一顆超大質量黑洞有朋友嗎？根據星系形成的本質表明答案是肯定的，事實上，成對的超大質量黑洞在宇宙中是很常見的。
一名天體物理學家提出了自己的看法：潛伏在銀河系中心的超大質量黑洞可能有朋友，也就是說銀河系中心的黑洞可能有兩個？
幾乎每個星系，包括我們的銀河系，在其中心都有一個超大質量的黑洞，其質量是太陽質量的數百萬到數十億倍。天文學家仍在研究為什麼星系的中心經常有一個超大質量的黑洞。一種流行的觀點認為超大質量黑洞可能有朋友。
我們知道銀河系中心黑洞被稱為Sgr A*，其質量大約是太陽的400萬倍。黑洞是太空中引力很強的天體，粒子或光線都無法逃脫。圍繞著Sgr A*的是一個密集的恆星群。通過對這些恆星軌道的精確測量使天文學家能夠確認這個超大質量黑洞的存在並測量它的質量。20多年來，科學家一直在監測這些恆星圍繞超大質量黑洞的軌道。根據觀測，科學家證明，如果那裡有一個朋友，它可能是附近的第二個黑洞，它的質量至少是太陽的10萬倍。
1億年前
為了理解這個觀點，科學家表示我們需要回到宇宙大約1億年前，回到第一個星系的時代。今天的星系要比它們小得多，大約是銀河系質量的1萬倍或更多。在這些早期的星系中，第一批死亡的恆星創造了黑洞，質量大約是太陽的數萬到數千倍。這些黑洞下沉到中心，也就是它們所在星系的中心。由於星系是通過合併和相互碰撞而演化的，星系之間的碰撞將導致超大質量黑洞成對存在。然後黑洞發生碰撞，體積也隨之增大，直到超過太陽的數百萬倍質量，一個質量超過我們太陽一百萬倍的黑洞被認為是超大質量黑洞。
如果超大質量黑洞真的有一個朋友在它周圍的近距離軌道上旋轉，那麼星系的中心就被鎖定在一個複雜的行為中。黑洞朋友的引力也會對附近的恆星施加影響，幹擾它們的軌道。這兩個超大質量黑洞相互環繞，同時，每個黑洞都對周圍的恆星施加自己的引力。黑洞的引力拉著這些恆星，使它們改變軌道。換句話說，經過一次圍繞超大質量黑洞對的公轉之後，恆星將不會完全回到它開始的位置。
利用我們對可能存在的超大質量黑洞對與周圍恆星之間引力相互作用的理解，天文學家可以預測恆星接下來會發生的事情。通過將預測與觀測進行比較，然後確定恆星可能的軌道，並弄清楚這個超大質量黑洞是否有一個同伴在施加引力影響。
被否定
但是實際上這種想法已經被否定，利用一顆被研究得相當透徹的恆星，叫做S0-2，它每16年繞著位於銀河系中心的超大質量黑洞運行一周，我們已經可以排除這樣一種想法，即存在第二個質量超過太陽質量10萬倍、距離太陽和地球約200倍的超大質量黑洞。如果有這樣一個伴星，那麼科學家就會在SO-2的軌道上探測到它的影響，但是結果卻沒有。
但這並不意味著一個更小的伴星黑洞不能繼續隱藏在那裡。這樣一個物體可能不會以我們可以輕易測量的方式改變SO-2的軌道，這一切誰都不知道。
對黑洞的研究仍在繼續
超大質量黑洞在今年是科學界熱烈討論的話題，特別是，今年4月10日，人類在M87星系中心拍攝的這樣一個巨型星系的圖像為理解黑洞背後的物理學打開了一扇新的窗戶，這是人類拍攝到的首張黑洞照片。
該黑洞離銀河系中心只有24000光年的距離，這為解決超大質量黑洞的基礎物理問題提供了一個獨特的觀測視角。我們可以了解它們對星系中心區域的影響以及它們在星系形成和演化中的作用。在銀河系中心發現的一對超大質量黑洞表明，在過去的某個時候，銀河系與另一個可能很小的星系合併了。
紅移
雖然監測周圍恆星並不能告訴我們所觀測其它天體現象，但是對恆星S0-2的測量使科學家們得以對愛因斯坦的廣義相對論進行一次獨特的檢驗。2018年5月，S0-2在距離太陽僅130倍地球距離的超大質量黑洞附近疾馳而過。根據愛因斯坦的理論，當恆星從超大質量黑洞的深引力阱中爬出來時，它發出的光的波長應該會拉長。
隨後正如愛因斯坦預測的那樣，光被拉伸波長，使恆星看起來更紅，紅移現象被探測到，並證明了廣義相對論可以準確地描述這個極端引力場中的物理現象。隨著S0-2將在大約16年後出現，科學家能夠更多地檢驗愛因斯坦關於廣義相對論的預言，包括恆星拉長軌道方向的改變。但如果超大質量黑洞有一個伴星，這可能會改變預期的結果。
最後，如果有兩個巨大的黑洞在星系中心相互環繞，它們將會產生引力波。自2015年以來，LIGO-Virgo天文臺一直在探測恆星質量的黑洞和中子星合併產生的引力波輻射。這些開創性的發現為科學家探測宇宙開闢了一條新途徑。實際上我們假設的黑洞對發出的任何波的頻率都很低，低到LIGO-Virgo探測器無法探測到。但是一種計劃中的太空探測器LISA可能能夠探測到這些波，這將幫助天體物理學家們弄清楚銀河系中心的黑洞是單獨存在的還是有同伴存在的，這是一次史無前例的探索！