导语：星系的融合，类星体发出的光，黑洞的运行，为星系碰撞提供了诸多可能。
关键词：星系碰撞；类星体；黑洞
计算机模拟的两个轨道上的超重黑洞被圆盘状的气体所环绕.片来源：Farris等人，2014年
上个月，科学家宣布了新的研究成果，证明了在一个遥远的星系中，有两个巨型黑洞正在朝着彼此盘旋前进，若干年后将造成灾难性的融合。这两个黑洞引起了很多关注。不止一个非媒体和科学界的朋友兴奋地向我提及这个新闻。（这些朋友大多忽略了一个问题，那就是这两个黑洞离我们有35亿光年，它们并不在我们的后院里）。
这是个很酷的发现。就像我一直阅读有关射电星系、类星体以及黑洞的研究历史的书籍，偶然一天发现了这个成果一样，有时，在重见天日之前，一种想法会被忽视若干年。
我的意思是：新的研究结果来自哥伦比亚大学的科研团队，他们分析了包括来自像哈勃望远镜这样的太空望远镜带来的数据，并提出在类星体PG1302-102的中心，有两个超重黑洞将在10万年后融为一体（在此之前，加州理工学院的团队首次发现了这一对黑洞，并在今年早些时候发表了此项结果）。类星体是一种活动星系核（AGN），是我们所能观测到的最亮最远的物体。20世纪50年代，天文学家发现了第一个活动星系核——电射星系，它离我们近一些，也没有类星体表现得那么极端。他们以为自己观测到了两个星系的碰撞。这是个很好的猜测。通过光学望远镜，第一个电射星系，天鹅座A，看起来就像两个星系发生了碰撞。但是事情很快变得复杂了，1953年，天文学家发现天鹅座A的电波来自形成了哑铃形的两个对称的瓣状星系。许多研究者认为，在这个哑铃的中心，一定有某些微小物体为两个瓣状结构提供能量。
20世纪50年代末，很少有人再提星系碰撞假说。科学家们的新任务是探究在这些奇怪的物体中心到底隐藏着什么——可能是有着数百万或数十亿倍于太阳的质量的“超级星体”，可能是能够从其他维度为宇宙灌注能量的白洞，也可能是一群中子星，或正反物质的湮灭。最终，科学家们达成了一个今天普遍接受的观点：类星体，射电星系和其他活动星系核的能量，均来自超重黑洞的爆发。
如果哥伦比亚和加利福尼亚理工学院的科学家的观点是对的，那么，PG1302-102中心所包含的超重黑洞不是一个，而是两个。此时又会引出那个老生常谈的问题：PG1302-102可能是两个星系碰撞的产物，从而造就了这两个黑洞。
理论家们在20世纪80年代又一次提出星系碰撞的假说，并以此解释类星体如何在其他星系中变得与众不同。到那时，似乎多数星系的中心都会出现超重黑洞。但事实上，只有1%的星系具有活动的星系核。它们有什么不同？它们如何被点亮？人们理所当然会想到星系碰撞。
人们并没有认为星星们会彼此撞击并爆炸：星星们离得太远，因此直接碰撞，甚至星系间融合的概率都很小。相反，现在的理论认为，当星系发生融合时，会伴随阻力、力矩以及一般轨道的破坏，这些会使星星和星云偏离原先的运动轨迹，有时也会将它们送入类星体中心的黑洞。黑洞狼吞虎咽后将造成射线的喷涌，这就是我们在地球上看到的类星体。
ZoltanHaiman是哥伦比亚大学的一位研究人员，他声称类星体的星系碰撞模型早在20世纪80年代就建立得十分漂亮了。在给我的邮件中，他提到“20世纪80年代做了很多理论工作，尤其做了很多复杂的模拟，来展现两个星系融合时，无数气体涌向中心，点亮了类星体的过程”。而Haiman说，如今这样的图片更加清晰了，“当时还做了很多观察性的工作，来证明类星体与恒星爆炸的关联（星系融合的另一种体现）以及许多类星体的寄主星系（寄主往往很难看到）看起来像星系之间在融合，或者单一的星系呈现出具有干扰性的性状，表明这里刚刚经历了一场融合。”最大最亮的类星体很有可能是星系碰撞的结果，但是对于更小的星系和比较暗的类星体，其情况还不明朗。
在可观察到的宇宙边缘，有遗留下来的问题，其中包括：多少类星体中有超重黑洞？这些黑洞最终会融合，还是无限期保持相互环绕运行？
PG1302-102为这些问题提供了答案。Haiman通过电话告诉我，“我们百分百地肯定，多数星系在某一时刻都会出现黑洞，这也直接印证了每个星系的中心往往有一个黑洞——这是20年前就发现了这点。我们知道，一方面，所有星系的中心都有黑洞，另一方面，星系无时无刻不在融合。从这两点看，很明显，黑洞将要融合。每个你看起来会在以后的几十亿年里和其他星系融合的星系问题在于，这两个黑洞是融合了，还是依然在那里？”
我们将这些成对的黑洞永远不会融合的现象称为“最后秒差”。如果有一对黑洞以各自的轨道运行，且两者离得很远，那么除非有什么外力改变了它们的轨道使它们逐渐靠近，否则两者没有融合的理由。若你想让这一切发生，就需要一些摩擦力。然而，如果无法创造摩擦力呢？这些黑洞如何彼此接近？这就是一个十分棘手的问题。（绕黑洞运行的物质是如何到达视界(黑洞中的假设区域)的这个问题也是如此。另外一篇博文专门探讨这个话题）“一些人认为‘最后秒差’问题无法解决——黑洞永远无法融合，”Haiman说，“在我们的论文中有另一个重要的东西。这些黑洞会在百分之一秒内分开。很显然，它们在设法让‘最后秒差’变得一文不值。”
关于作者：Seth Fletcher，《科学美国人》的资深编辑，同时也是《瓶状闪电》、《超级电池》、《电力汽车》以及《新型锂经济》的作者，可以关注他的推特@seth_fletcher。
（翻译：邵楠；审校：林清）
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