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科學人/大場面要來了?百年內人類或許能看到兩大黑洞互撞

圖片來源:MARK GARLICK/SCIENCE PHOTO LIBRARY via Getty Images
圖片來源:MARK GARLICK/SCIENCE PHOTO LIBRARY via Getty Images

還記得《葬送的芙莉蓮》開場芙莉蓮若無其事的與勇者一行人相約再看一次「半世紀流星雨」的名場面嗎?最新天文學觀測指出宇宙中最壯觀的事件「黑洞合併」可能能在百年內發生,如果你也有把握和芙莉蓮一樣長壽,或許可以現在就約個勇者一起準備去重力波天文台看史詩級大場面?

近期,有群天文學家逮到一對超大質量黑洞(supermassive black hole)正以極近距離共舞,這場百年間隨時可能發生的宇宙大車禍,連地球都可能感受到一些震盪。

噴流裡面還有另一個逆噴流

這篇發表在《皇家天文學會月汛》(Monthly Notices of the Royal Astronomical Society)的新研究,扒開了星系Markarian 501的真面目。過去天文學家認為這顆耀類星體(blazar)星系中心只有一個孤獨的黑洞,噴發著單一高能輻射噴流。

研究團隊在海量資料中揪出了第2道逆時針旋轉的隱藏噴流。這道噴流的主人是另1個黑洞,兩者質量都在太陽的1億到10億倍之間,構成一個極其罕見的雙黑洞系統。這兩個宇宙級「巨獸」正以驚人的速度順時針互相繞行,有多快?大約每121天就轉一圈。

解開幾十年的無線電觀測謎團

幾十年來,這顆星系的觀測數據總是讓天文學家摸不著頭腦,無線電望遠鏡觀測數據顯示,它噴流的方向老是在變,而小尺度和大尺度結構的走向完全對不上。如果中心只有一台單引擎,根本解釋不了這種奇怪的扭曲。

這個雙黑洞系統的發現終於讓一切豁然開朗。論文指出,這兩個黑洞的重力交互作用加上長達7.4年的軌道面進動週期,讓整個噴流系統像個失控的花園灑水器一樣旋轉位移。洗清了過去那些互相矛盾的觀測數據帶來的謎團與疑慮。

特長基線陣列拍下美麗愛因斯坦環

這幅藝術示意圖呈現兩道強勁噴流從Markarian 501星系的中心向外噴發。已知的一個的超大質量黑洞將其後方噴流的部分光線彎曲成所謂的愛因斯坦環。而彎曲的噴流很可能源自第二個尚未被觀測到的黑洞。(圖片來源:Emma Kun / HUN-REN Konkoly Observatory / Made with the support of AI)
這幅藝術示意圖呈現兩道強勁噴流從Markarian 501星系的中心向外噴發。已知的一個的超大質量黑洞將其後方噴流的部分光線彎曲成所謂的愛因斯坦環。而彎曲的噴流很可能源自第二個尚未被觀測到的黑洞。(圖片來源:Emma Kun / HUN-REN Konkoly Observatory / Made with the support of AI)

研究團隊翻出特長基線陣列(Very Long Baseline Array)在2011到2023年間收集的83組資料,鎖定43GHz的高頻波段重新建模分析。他們緊盯著黑洞周圍不到一毫角秒的微小區域,才讓第2道逆時針噴流現形。

其中,最戲劇性的畫面出現在2022年6月,當時這兩個黑洞剛好完美對齊,主黑洞的強大引力像個天然放大鏡,把第2道噴流發出的光彎成一個完美的圓,產生重力透鏡效應造成的愛因斯坦環(Einstein ring)。參與研究的德國馬克士普朗克電波天文研究所天文學家布里岑(Silke Britzen)回憶:「能發現有第二個噴流真是太棒了,那一刻我恍然驚覺:原來一切是這樣運作的!我既驚訝又不知所措,並迫不及待想要把我們的新發現告訴大家。」

位於埃弗爾斯貝格射電望遠鏡前的馬克士普朗克電波天文研究所天文學家布里岑(Silke Britzen)(照片來源:Max Planck Research 2023)
位於埃弗爾斯貝格射電望遠鏡前的馬克士普朗克電波天文研究所天文學家布里岑(Silke Britzen)(照片來源:Max Planck Research 2023)

倒數計時的重力波海嘯

這兩頭巨獸的距離只剩下250到540天文單位(AU,地球到太陽的平均距離),這在天文尺度下幾乎是臉貼臉了。同時它們的軌道正在縮小,預計不到百年內就會無可避免地迎頭撞上。

當這場星系車禍發生時,會撕裂時空結構,爆發出比以往所觀測到都還要狂暴的重力波(gravitational wave)。論文團隊依據愛因斯坦環的觀測證據表明這些噴流確實指向我們,因此地球上的探測器肯定會接收到這股跨越5億光年傳來的震盪。布里岑表示:「我們預期會剩下一個(合併後的)黑洞,我也非常好奇希望能觀察到這場『舞蹈』落幕的瞬間。」但前提或許是她也必須要有精靈等級的壽命才行?

資料來源:

1.Britzen, S., Olivares, H., Gopal-Krishna, Jaron, F., Pashchenko, I. N., Kun, E., Schinzel, F. K., González, J. B., Paneque, D., & MacDonald, N. R. (2026). Detection of a second jet within the nuclear core of Mrk 501. Monthly Notices of the Royal Astronomical Society. https://doi.org/10.1093/mnras/stag291

2.2 supermassive black holes may collide 100 years from now — and Earth would feel it

3.First close pair of supermassive black holes detected? - Technology Org

4.Silke Britzen moves between two spheres. As a scientist at the Max Planck Institute for Radio Astronomy, she analyzes the epit

(本文出自2026.4.21《科學人》網站,未經同意禁止轉載。)

科學人雜誌 黑洞 流星雨

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