黑洞是一个令人可怕又可爱的字眼。在大众眼里,黑洞是能够吞噬一切的宇宙终结者;在幻想家眼里,黑洞是穿过去就能回到自己童年的魔幻之门;在科学家眼里,黑洞更是一个长久以来还琢磨不透的秘密。顾名思义,黑洞是无法被我们直接看见的,因此黑洞也就肆无忌惮地对人类隐藏着大量的秘密行径,不过科学家们还是以福尔摩斯的精神,想方设法地去侦测黑洞没法彻底销毁的行迹,从而能够以很大的把握在大量的星系与类星体里面找到黑洞存在的证据。最近,一组日本天文学家甚至发现,在一个并非很遥远的星系里面,居然有一对亲密的黑洞情侣,正在一边手拉手跳着近距离的华尔兹,一边走向他们的洞房,预计在几千年之后,他们俩将彻底地实现天下情侣的终极理想,合二为一,成为一体。
无论黑洞多么神秘,它的来历其实很简单,就是万有引力。万有引力使得过于肥胖的星星不可避免地坍缩为黑洞;万有引力也使得巨大的星系中心出现超级黑洞;万有引力还使得不小心接近的两个星系相互吞噬,他们各自的超级黑洞中心也因此而亲密接触,成为黑洞情侣。日本天文学家为了能够在漫天的星空中捕捉到黑洞情侣的倩影,在从2001年3月13日到2002年6月14日期间,在6个时间段内,动用了日本国家射电天文台的甚长基线射电阵,对一个名为3C66B的星系进行了仔细的观测,最终发现3C66B的核心位置,就是一对典型的黑洞情侣,天文学家使用了一个比较古板的称呼,称他们为超级黑洞对(SMB)。
发现这一对黑洞情侣是很费了一番心思的。首先所谓一对黑洞,它们必定是在万有引力的作用下,相互绕对方旋转。这么一对黑洞的相互距离不能太远,以至于它们相互旋转的运动在人类的生命周期里并不明显;但是它们又不能太接近,因为单个黑洞都是具有致命的吸引力的,两个黑洞靠近了的话,相互的吸引更加了得,会使得它们相互发疯似地旋转,而近距离也意味着它们很快就要抱在一起,这样对于远距离观看的人类来说,要把它们分辨为两个黑洞就有点困难了。因此寻找黑洞情侣的关键,是希望在尽可能距离地球近的范围内,用具有尽可能大的角度分辨率的望远镜来搜索。因为要分辨远处的两个黑洞,它们的相互距离对于望远镜来说,就是一个视线的张角,它们的距离越小,这个张角也就越小。所以科学家动用了甚长基线射电望远镜阵列来寻找它们,因为使用光学望远镜,是难以在远距离获得很高的角度分辨率的。而甚长基线射电望远镜阵列,则是在地面相当大的地域内,放置大量的射电望远镜,所有这些望远镜协调起来工作,组成一个巨大孔径的望远镜,其角度分辨能力是光学望远镜所无法相比的。这样如果我们假设一对黑洞情侣的距离是1万亿公里,也就是相当于太阳系大小的1千倍,这个距离对于疯狂的黑洞来说还是比较适中的;然后再假设它们到地球的距离是100Mpc,所谓1Mpc即1百万pc,而距离地球1pc的天体,就是当地球在围绕太阳旋转一周的过程中,也就是在连续1整年的时间里,对该天体进行观测的视线的角度发生了最大为1角秒的差别。这么远的黑洞,对于地球来说也还算是安全的。这时,我们在地球上能够看到这对黑洞的角度距离只有约100微角秒,而在这个距离上,甚长基线射电阵能够勉强分辨到几十微角秒的程度,这样就已经足够把这两个黑洞的影子分辨开了。
既然是使用射电望远镜来寻找黑洞,那么就只能在能够发射强烈的射电信号的星系里面去找,恰好很多的射电源本身就是星系,于是日本天文学家盯上了编号为3C66B的射电源,它到地球的距离约为85 Mpc。选择这个星系有一个极大的好处,就是在视野里面这个射电源和另外一个编号为3C66A的射电源非常接近,角度距离只有约6角分,在地面能够接受到它们所发射的非常强的射电信号,最重要的是,根据所有天体以与地球距离成正比的速度远离地球的哈勃定律,通过测量它们所发射的光波的红移,发现3C66A到地球的距离,其实是3C66B到地球距离的至少20倍,这意味着对于地球上的观察者而言,3C66A显得更加静止,而如果以3C66A为参照点,能够更加清楚地测量到3C66B可能的运动,天文学家正是需要依靠测量3C66B的运动来推测其中黑洞的行踪!
在1年多时间的6个时间段里面,天文学家测量了星系3C66B的射电核相对3C66A的位置变化。所谓射电核,就是该星系的射电图像里面最亮的地方,也就是这个星系能够发射最强烈的射电信号的核所在的地方。由于星系的射电图像在我们的一生中都是基本不变的,因此其中的最亮点的位置变化,能够很典型地表示星系的核的运动,观测表明,3C66B的核在作一种轨道为椭圆的周期运动,其椭圆运动的周期约为1.05年。
这个结果有点巧合,很容易让人想到,是不是由于地球本身围绕太阳的周年运动,导致了我们观测到3C66B的核作这种表观的运动,而实际上它并没有动呢?简单的分析就可以否定这个怀疑,因为3C66B距离地球85Mpc,这意味着地球的周年运动只会导致约0.01微角秒的角度位移,而3C66B的周年运动的最大位移的上限达到了45微角秒。为了确证这种运动的起源,通过进一步的分析,天文学家还排除了电离层对于射电信号的影响,也排除了银河系的可能的干扰,因此可以相信,观测到的这个椭圆运动,一定就是3C66B的核本身的真实运动。
最后,要解释星系3C66B的核心的这种椭圆运动,唯一的可能性,就是它的核心是两个巨大的质量点,在相互环绕着作椭圆运动。根据开普勒第三定律,由这个椭圆运动的长半轴长度,可以计算出这两个质量点运动的整个椭圆空间范围的质量分布密度,如果我们进一步假设这两个质量点的质量之比是10比1,那么可以计算得到它们的质量,结果是骇人的,约为太阳质量的54亿倍!它们真真确确是一对巨大无比的黑洞。
进一步的计算表明,这一对黑洞情侣相距5.9千亿公里,而它们的相互吸引正在使得它们逐步接近,估计在约5千年之后,它们将合并为一个黑洞,从而最终完成两个星系的合并。因此,尽管我们现在能够从射电信号里面隐约看到它们的双人舞蹈,但是无法在我们这一生里面,看到它们最为辉煌的合二为一了。