在使用阿塔卡馬大型毫米/亞毫米陣列（ALMA）–一個由美國國家科學基金會的國家射電天文台（NRAO）合作的國際觀測站–研究附近的一對合併星係時，科學家發現在新凝聚的星系中心附近有兩個超大質量的黑洞同時生長。這些超級飢餓的巨獸是科學家們在多個波長下觀察到的最接近的。

更重要的是，這項新的研究顯示，雙體黑洞和創造它們的星系合併可能在宇宙中令人驚訝地普遍存在。這項新研究的結果於1月9日發表在《天體物理學雜誌通訊》上，並在華盛頓州西雅圖舉行的美國天文學會（AAS）第241次會議的新聞發布會上進行了介紹。

UGC4211距離地球僅5億光年，位於巨蟹座，是研究星系合併結束階段的理想候選者，這種合併在遙遠的宇宙中發生得更頻繁，因此可能難以觀察到。當科學家們利用ALMA的高靈敏度1.3毫米接收機深入觀察合併後的活躍星系核–星系中由中央黑洞周圍的物質吸積所造成的緊湊、高度發光的區域–他們發現不是一個，而是兩個黑洞在貪婪地吞噬合併後的副產品。令人驚訝的是，它們並排在一起吃飯，中間只有750光年的距離。

這對被稱為UGC 4211的合併星系隱藏著一個大秘密：一對黑洞正在一起用餐，吞噬著它們周圍的氣體和塵埃。科學家們通過多個研究項目和望遠鏡的觀測發現並證實了這對星系的存在–它們之間的距離只有750光年–這些項目和望遠鏡包括：塞羅托洛美洲天文台（CTIO）布蘭科4米望遠鏡上的暗能量相機遺產調查（DECalS）、歐空局甚大望遠鏡（VLT）上的多單元光譜探測器（MUSE）、凱克天文台和阿塔卡馬大毫米/亞毫米陣列（ALMA）。用多種波長觀察這些星係有助於科學家發現這對星系之間不僅僅是在進行合併。

“模擬結果表明，附近星系中的大部分黑洞雙星群體將是不活躍的，因為它們比較常見，而不是像我們發現的那樣有兩個正在成長的黑洞，”尤里卡科學公司的高級研究科學家、新研究的主要作者Michael Koss說。

Koss補充說，ALMA的使用是一個遊戲規則的改變，在附近的宇宙中發現兩個如此接近的黑洞可以為更多的研究這一令人興奮的現象鋪平道路。ALMA的獨特之處在於，它可以透過大面積的氣體和塵埃柱，實現非常高的空間分辨率，看到非常接近的東西。我們的研究發現了星系合併中最接近的一對黑洞，而且因為我們知道星系合併在遙遠的宇宙中更為常見，這些黑洞雙星也可能比以前認為的更為常見。

這段視頻顯示了一幅插圖和ALMA圖像，兩個黑洞在一起吃飯，貪婪地吞噬著碰撞所帶來的灰塵、氣體和其他物質。信用：ALMA（ESO/NAOJ/NRAO），M. Koss等人（Eureka Scientific），S. Dagnello（NRAO/AUI/NSF）

如果近距離配對的雙體黑洞對確實很普遍，就像Koss和團隊所假設的那樣，那麼對未來引力波的探測可能會有重大影響。

智利天主教大學（Universidad Católica de Chile）的天文學家、該研究的共同作者Ezequiel Treister說：”在星系的中心可能有許多成長中的超大質量黑洞對，而我們至今還無法識別。如果是這樣的話，在不久的將來，我們將在整個宇宙中觀察到由這些天體合併引起的頻繁的引力波事件。”

將ALMA數據與其他強大的望遠鏡如錢德拉、哈勃、歐空局甚大望遠鏡和凱克的多波長觀測數據配對，為一個已經令人信服的故事增加了精細的細節。”每個波長都講述了故事的不同部分。地面光學成像向我們展示了整個合併的星系，而哈勃則以高分辨率向我們展示了核區。X射線觀測顯示，該系統中至少有一個活躍的星系核，”Treister說。”而ALMA向我們展示了這兩個不斷增長、飢餓的超大質量黑洞的確切位置。所有這些數據加在一起，讓我們更清楚地了解像我們自己的星係是如何變成現在這樣的，以及它們將來會變成什麼樣。”

驅動兩個超大質量黑洞合併的最重要階段和關鍵物理機制的示意圖，以及它們相應的代表性時間和空間尺度。資料來源：José Utreras/Ezequiel Treister，天體物理學和相關技術中心（CATA）；Michael Koss（Eureka Scientific），等人。

到目前為止，科學家大多只研究了星系合併的最早階段。這項新的研究可能對我們了解銀河係自己即將與附近的仙女座星系合併產生深遠的影響。科斯說：”銀河-仙女座的碰撞處於非常早期的階段，預計將在大約45億年後發生。我們剛剛研究的是一個處於碰撞最後階段的源頭，所以我們看到的東西預示著這種合併，也讓我們了解到黑洞合併和增長並最終產生引力波之間的聯繫。”

“這一迷人的發現顯示了ALMA的力量，以及多波長天文學如何能夠產生重要的結果，擴大我們對宇宙的理解，包括黑洞、活躍星系核、星系演化等等，”美國國家科學基金會國家射電天文台項目主任Joe Pesce說。”隨著引力波探測器的出現，我們有機會通過結合所有這些能力進一步擴大我們的觀測能力。我不認為我們能學到的東西真的有什麼限制。”