超级黑洞如何形成？引力波研究或揭示答案

lengyan202

关于超大质量黑洞，现在一般认为在每一个大型星系的核心部位都有存在，然而还有一个谜团需要解决，那就是这些黑洞是如何成长为如此巨大的？

　　在近日出版的《科学》杂志上刊载了一篇文章，将现有有关这一问题的理论与实际观测数据之间进行了比对。这些观测主要是英联邦工业与研究组织(CSIRO)的Parkes射电望远镜给出的引力波数据。

　　该论文的合著者，澳大利亚科廷大学国际射电天文学数据节点中心的拉姆什·巴特(Ramesh Bhat)博士表示：“这是我们首次有机会运用引力波数据对宇宙的另外一面开展研究工作，那就是超大质量黑洞的成长。”他说：“黑洞几乎无法进行直接的观测，然而借助一些强大的新型装备，我们进入了令人兴奋的天文学新时代。目前已经排除了一项现有的黑洞成长模型，而接下来我们将继续对其他现有模型进行考察。”

　　这项研究的主要负责人有两位，分别是来自CSIRO的博士后研究员拉杨·沙能(Ryan Shannon)，以及墨尔本大学和CSIRO联合培养的博士生维克拉姆·拉维(Vikram Ravi)。

　　爱因斯坦曾经预言了引力波的存在——这是一种时空的涟漪，由大质量天体的运动速度或方向发生变化时引发，这类天体中比较典型的如相互围绕运转的两个黑洞等等。当星系之间发生合并，它们各自中央的黑洞也将不可避免地相互遭遇。起先两者会像是跳华尔兹那样相互围绕运转，而最终它们两者将发生碰撞并融合。巴特博士表示：“当黑洞相遇，它们将会释放出引力波，而我们将可以探测到这种引力波的存在。”由于在宇宙各处发生着大量这类事件，因此这种引力波信号也就会在宇宙中到处传播，形成一种引力波的背景噪音，就像是嘈杂的人群发出的声音一样。

　　天文学家们此前一直借助Parkes射电望远镜开展针对引力波以及一组大约20颗小型但快速旋转的天体，即脉冲星的搜寻和研究工作。脉冲星就像是走时极其精确的太空计时器。其脉冲抵达地球的时间被进行精确测量，结果显示精度在微秒级。当引力波在时空之中传播，它会造成天体之间距离的短暂改变(膨胀或缩小)，这就将影响到脉冲星的脉冲抵达地球的时间精度。

　　Parkes脉冲星计时阵列(PPTA)，以及更早时期由CSIRO与斯威本大学在此之前已经积累了超过20年的数据。尽管这样的积累时间还不足以对引力波开展细致研究，但研究人员认为他们已经找对了方向。正如巴特博士表示：“PPTA的结果向我们展示了，引力波背景的噪音是很低的。”他说：“宇宙中引力波背景噪音的强弱直接反映了其中超大质量黑洞之间相互融合的频繁程度，它们的质量规模，以及它们距离我们的远近。因此如果探测显示这种引力波的背景噪音很低，这将对这一问题的解答给出一些限定条件。”

　　借助PPTA积累的数据，研究组对现有的4个模型进行了研究。他们的研究首先排除了其中的一项模型，该模型认为黑洞之间的相互合并是其获得质量增长的唯一途径。然而其他三项模型仍然需要之后开展进一步的研究。

　　巴特博士同时表示，由科廷大学领衔的默奇逊广域阵列(MWA)射电望远镜也将被动员，支持PPTA项目未来的进一步研究工作。巴特博士表示：“MWA的宽广视角将允许一次性观测尽可能多的脉冲星，从而为PPTA项目补充珍贵的数据，并收集有关脉冲星及其性质的其它有趣信息。”

引力波会扭曲时空，造成CSIRO Parkes射电望远镜接收到脉冲星信号时间精确性出现偏差。