碰撞黑洞应释放可探测的能量喷流

一项新的研究表明，当星系碰撞时，它们中心的超大质量黑洞之间的合并可能会产生超强的辐射喷流，天文学家最终可能能够在新的太空天文台发现这些喷流。

在这项新的研究中，物理学家建立了计算机模型来研究两个巨大黑洞之间的合并。他们发现，这样的事件会产生令人难以置信的高能电磁辐射喷流。研究人员表示，在大的引力紧缩发生之前的一段时间，宇宙秀实际上会随着黑洞相互螺旋而开始。

这些喷流类似于天文学家已经探测到的从黑洞附近沿着旋转轴喷出的线性喷流。但研究人员表示，合并产生的喷流将更加强大，并且伴随着不那么线性的辐射爆发，这让天文学家有机会在黑洞碰撞发生时进行观测。

研究合著者、圭尔夫大学和加拿大Perimeter理论物理研究所的物理学家路易斯·莱纳说：“我们很有可能在合并发生之前检测到这些系统。”“理想的情况是知道它将在哪里发生。”

如果天文学家知道黑洞合并的仪器指向何处，他们就可以学到很多关于宇宙性质的知识。

例如，他们可以对爱因斯坦的广义相对论——现代物理学中目前对引力的描述——进行更有力的测试。

“我们从来没有在极端条件下测试过爱因斯坦的相对论，”Lehner告诉太空网。“这将给我们一个机会，看看它是否成立。如果不成立，我们可以开始寻找替代理论。”

其他研究人员以前也对超大质量黑洞合并进行过建模。但这些小组模拟了真空中的碰撞。Lehner和他的同事是第一个将周围的气体和灰尘结合在一起的人——这是一个更现实的场景，但更难建模。

Lehner说：“当涉及到这个问题时，问题会变得更加混乱。”

研究人员发现，合并的黑洞的轨道运动会搅动周围的等离子体——一种过热的带电气体。这种搅动导致每个黑洞发出两股辐射喷流。当黑洞合并时，它们的喷流也会合并。

这些统一的辐射爆炸威力惊人。根据Lehner的说法，理论上可以在20亿到60亿光年外看到它们。喷射物还将伴随着指向性较低的辐射爆发——天文台可能能够在不一定完美排列的情况下探测到这些辐射爆发。

这意味着许多这样的合并可以在近地探测到，因此可以观测到。这项研究在8月20日出版的《科学》杂志上有详细介绍。

不过，确定黑洞合并的位置将很困难，而且在新仪器推出之前可能不可能。

Lehner指出，计划中的激光干涉仪空间天线就是这样一种很有前途的设备。LISA是美国国家航空航天局和欧洲航天局的联合任务，将探测来自其绕太阳轨道的引力波。由于黑洞的巨型合并除了会发出电磁喷流外，还会发出非常强的引力波，LISA将使天文学家能够大大缩小搜索范围。

Lehner说：“通过将这两种方法结合起来，你可以做出精细的物理学。”

然而，LISA的发射还有一二十年的时间，所以天文学家现在必须专注于喷流。Lehner和他的同事们将继续对黑洞合并进行建模，试图获得越来越多的细节和准确性。

Lehner说：“黑洞正在为宇宙中一些最具能量的事件提供能量。”“这就是为什么这件事如此令人兴奋。”