黑洞「自相殘殺」！科學家觀測到罕見一幕

近日，科學家觀測到一個罕見的現象，兩個互相靠近的黑洞正在被彼此吞噬，這一現象引起了科學界的注意！

據了解，科學家通過美國宇航局的斯皮策太空望遠鏡觀測到這一令人震驚的事件：一個超大質量黑洞（SMBH）被另一個經常穿過其吸積盤的黑洞圍繞。這個超大質量黑洞圍繞一個更大質量的黑洞運行，每12年撞擊一次吸積盤。每當這種情況發生時，就會產生比銀河系所有恆星加起來還要亮的閃光。利用斯皮策的觀測，一個國際天文學家小組終於能夠建立一個模型，精確預測這些閃光的時間和較小黑洞的軌道。除了證明廣義相對論的實際作用，他們的發現也驗證了史蒂芬霍金的「無毛定理」！

該事件發生在一個名為OJ 287的星系，距離地球35億光年，被稱為「布拉扎星系」，是一個具有特別活躍的核和從其中心向外延伸的高能粒子噴流的星系。它的中心是一個SMBH（超大質量黑洞），其質量大約是太陽的180億倍，是迄今為止發現的最大的一個，而銀河系中心的黑洞（人馬座A）大約有400萬個太陽質量。

幾十年來，天文學家一直意識到這個黑洞具有雙星性質，並確定它伴星的存在，它的質量是我們太陽的1.5億倍，每12年完成一次公轉。較小的黑洞通過圍繞它較大的同伴的巨大的氣體和塵埃盤。這些碰撞產生了膨脹的熱氣泡，也就是耀斑，這些熱氣泡爆發起來非常明亮。

這些耀斑被稱為埃丁頓耀斑，之所以這樣命名是為了紀念阿瑟·埃丁頓爵士1919年進行的日食觀測一百周年。這場著名的運動證實了阿爾伯特·愛因斯坦和他的廣義相對論的預言，他在四年前就把廣義相對論正式化了。

由於較小黑洞的軌道不規則，它每12年的公轉軌道都會移動位置，並且相對於吸積盤傾斜。這意味著它與圓盤碰撞，並在其周期的不同時間產生耀斑。只要天文學家知道這些黑洞的雙星性質，就有人試圖建立一個模型，能夠準確預測這些耀斑的發生。

2010年，科學家首次成功地建立了一個模型，可以將這些耀斑預測到1至3周內，這一模型在他們預測2015年12月出現耀斑至3周內得到證實。到2018年，負責這項最新研究的同一個團隊發布了一個更精確的模型，可以預測4小時內的閃光。

在他們的最新研究中，研究小組展示了斯皮策的數據是如何證實他們模型的正確性，因為它準確地預測了2019年7月31日發生的耀斑。不過，這些觀測是相當偶然的，斯皮策的寬軌道使它與地球的最大距離達到了2.54億公裡，這使得它能夠在7月31日觀測到銀河系，同一天預計會發生耀斑。因此斯皮策能夠一直觀察這個星系，直到9月份，在這個時候，這個星系不再被太陽遮住。

通過斯皮策望遠鏡，科學家預計OJ 287的性質也會產生重力波，地球上的天文學家將能夠利用雷射幹涉儀重力波天文臺（LIGO）等設施探測到重力波。事實上，這個系統產生的波被認為是如此巨大和充滿能量，以至於它們將可測量地改變較小黑洞的軌道（因此，耀斑的時間）。

之前的研究已經對OJ 287進行了解釋，但2018年的模型是迄今為止最詳細的。通過將LIGO自2015年以來獲得的信息納入該模型，該團隊能夠縮小耀斑出現的時間窗口，預計只有1.5天。為了進一步完善他們的預測，他們還包括了關於更大黑洞物理特徵的細節。

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具體來說，新模型包含了黑洞的「無毛」定理，這一理論最初是由包括史蒂芬·霍金在內的一組物理學家在20世紀60年代提出的。這個定理預言了黑洞的「表面」——或者更確切地說，是它們的外邊界（又名事件視界）沿其旋轉軸完全對稱。這進一步將團隊的預測模型縮小到幾個小時。

通過用這種精度預測較小黑洞的軌道，新模型證明了無毛髮定理。這證實了另一個預測，這一預測是由加州理工大學名譽教授Kip Thorne做出的，他在20世紀70年代描述了一個圍繞SMBH運行的物體如何揭示其表面是對稱的還是「多毛的」的理論。

考慮黑洞是否光滑對稱對於確定較小黑洞軌道的時間非常重要。雖然物體的軌道主要是質量問題，但質量的分布也很重要。因此，如果一個黑洞是「多毛的」，它會對周圍任何物體的軌道產生明顯的影響。

簡而言之，OJ 287系統支持黑洞表面沿其旋轉軸對稱的觀點。因為對黑洞科學家來，證明或反駁無毛定理很重要。沒有它，我們根本不能相信霍金等人設想的黑洞存在。這就是像斯皮策這樣的任務的本質。退休後很長一段時間，他們在服役歷史上取得的成果繼續激勵著他們的發現和突破。再見，斯皮策，感謝所有關於宇宙的紅外數據！