美国天文学家利用北双子座望远镜的档案数据，发现了迄今已知最重的超大质量黑洞对，两者的“体重”为280亿倍太阳质量。这一发现有助科学家厘清一个长期存在的未知之谜：为何在宇宙中，超大质量黑洞并合事件很难发生。相关论文发表于最新一期《天体物理杂志》。

01 最重超大质量黑洞对

研究团队分析了位于椭圆星系B2 0402+379内的超大质量黑洞对。这是唯一被分析得足够详细的超大质量黑洞对，且两个黑洞间仅相距24光年。这两个黑洞如此靠近，预示着它们可能会发生强有力的并合。但进一步的研究表明，这对黑洞在此距离上已停留了30多亿年。

论文合著者、斯坦福大学物理学教授罗杰·罗曼尼表示，为更好地了解这个系统的动力学及其未并合的原因，他们查阅了北双子座望远镜的档案数据，确定了黑洞附近恒星的速度，并由此推断出这对黑洞的总质量为太阳的280亿倍，是迄今测量到的最重的黑洞对。

研究团队表示，这一测量结果不仅为研究双黑洞系统的形成及其宿主星系的历史提供了宝贵资料，而且支持了一个长期以来的理论，即超大质量黑洞对的质量是阻止其并合的关键。

通常情况下，拥有较轻黑洞对的星系似乎有足够恒星和质量来让两者发生并合，比如2015年，科学家通过引力波检测到恒星质量黑洞发生并合。但由于这对黑洞非常重，需要大量恒星和气体才能完成这项工作。鉴于B2 0402+379星系内缺乏足够物质来做到这一点，这对黑洞的并合因此停滞不前。

罗曼尼指出，这对黑洞最终能否在数百万年的时间尺度上并合还有待确定。如果它们并合，所产生引力波的强度将是恒星质量黑洞并合的1亿倍。

02 超大质量双黑洞的合并

事实上，科学家曾不止一次发现即将并合的超大质量双黑洞系统，以及通过其他方式（多为利用双黑洞导致的间接效应）发现的一些候选体，但因观测的不确定性，这些候选体是否为超大质量双黑洞本身就存在较多争议，且这些候选体都离地球太远，更难确定双黑洞的间距以及并合时间。科学家一致认为，双黑洞并合的结果是在星系中心诞生一个质量更大的超大质量黑洞，这是黑洞增长形成超大质量黑洞的主要途径。

与恒星级双黑洞并合一样，星系中心超大质量双黑洞的并合也会产生很强的引力波辐射。2016年，美国激光干涉引力波天文台首次直接探测到恒星级质量双黑洞并合产生的引力波事件GW150914，开启了引力波天文学新纪元。

超大质量双黑洞并合所产生的引力波频率不在地面引力波探测器激光干涉引力波天文台的探测范围。对于百万太阳质量的超大质量双黑洞并合事件，其辐射的引力波频率在毫赫兹频段，这是未来空间低频引力波探测器，如我国的“天琴”“太极”和欧洲LISA项目主要的探测对象。而几亿到几十亿太阳质量的双黑洞并合产生的引力波频率在极低频（纳赫兹到微赫兹），只能通过脉冲星计时阵列进行探测。

03 宇宙车祸现场

超大质量双黑洞在宇宙中存量很大，其产生的很多引力波因为太弱而无法分辨，这些信号叠加形成了引力波背景噪声。科学家通过探测这些引力波背景噪声，就可以估算出有多少超大质量双黑洞正在向地球辐射引力波。

目前，天文学家已经观测到不少黑洞并合的“宇宙车祸现场”。这种并合是星系增长的主要方式。研究表明，大质量星系可能是次级星系多次并合的结果。并合也是星系形态形成的原因。碰撞过程中，星系中的气体压缩，使得大量恒星快速形成，星暴星系由此形成。

同时，部分特殊形态的星系也可能由碰撞而来，如车轮星系可能是一个小星系垂直穿过一个大漩涡星系的结果。