黑色的太空里，两个黑洞合二为一 | 别看了，就是黑的

　　黑暗深邃的太空，两个黑色的黑洞合二为一，并合成同样黑色的新黑洞。

　　这个过程，黑黑得黑，通常是不发光的。

　　至少，大多数人之前是这么认为的。

　　然而，不久前，一组天文学家宣称，他们可能看到了双黑洞并合事件导致的光亮。自引力波直接探测到黑洞并合以来，这还是破天荒的头一次。

　　只不过，他们宣称看到的光亮，出现在引力波探测到双黑洞并合事件的足足35天之后。

　　乍看上去，似乎不怎么靠谱啊……

　　但看完他们对事情来龙去脉的解释之后，我承认，我的想像力还是太有限了。

　　学天文这么多年，没想到还可以有这么科幻的景观出现在这个宇宙中。

　　脑洞比《星际穿越》更大！

　　在电影《星际穿越》里，我们见识过卡冈图雅的世界：一整个行星系统，不是围绕太阳这样的恒星，而是围着一个大约1亿倍太阳质量的超大黑洞旋转。

　　超大质量黑洞卡冈图雅和它的行星 | 电影《星际穿越》剧照

　　这脑洞本已突破天际，但如果我们再进一步，把那些行星换成黑洞，再把行星的卫星也都换成黑洞呢？

　　在卡冈图雅系统中，一个炽热的吸积盘围绕着中心超大质量黑洞高速旋转着——但它的尺度似乎局限在最内侧的行星以内。

　　吸积盘，黑洞周边的物质盘，不只是尘埃盘这么简单。在争先恐后掉落向中心超大质量黑洞的过程中，吸积盘上的物质相互之间剧烈摩擦，可以达到极高的温度。这一过程的产能效率，甚至比核聚变还高出几十倍——最多可以把折合盘上物质四成多的质量转化成辐射释放出来，堪称宇宙中最强的垃圾燃烧发电（光）厂。

　　正因为如此，黑洞卡冈图雅才给周围的行星带来了光和热。而在真实的宇宙当中，一些黑洞也因此成为了宇宙中最明亮的天体。

　　如果，我们再进一步，让这吸积盘拓展拓展，一直拓展到数百倍于日地距离以外，把所有由黑洞组成的“行星”和“卫星”全都淹没呢？

　　炽热海洋里的双黑洞之舞

　　几十倍于冥王星轨道大小的炽热海洋，翻卷着、咆哮着。出没其间的，是远比中心超大质量黑洞微小的恒星级黑洞——质量一般只有太阳的几十到上百倍。它们仿佛这片海洋中黑暗的游鱼，竞逐着、嬉戏着。

　　超大质量黑洞吸积盘中的恒星质量黑洞，艺术家想象图 | Caltech/R. Hurt (IPAC)

　　当两个这样的小质量黑洞偶然纠缠在一起，它们以比武之姿相互绕转，试探、试探，越绕越近、越缠越紧——紧绷的气氛到最后一刹终于崩坏，随着一声凄厉的鸟鸣，两个黑洞终于合二为一了。

　　这鸟鸣，搅动整个宇宙的时空，形成一阵阵引力波的涟漪向外扩散，直到上亿光年之外的地球。

　　这一天，是地球上的2019年5月21日，激光干涉引力波天文台（LIGO）和室女座引力波天文台（Virgo）观测到一起双黑洞并合引力波事件，编号S190521g。

　　这就完了？不，还没。

　　飞翔吧，黑洞，在吸积盘之上

　　在那两个黑洞并合的一刹那，由于二者质量悬殊，引力波发射并不均衡。偏向一侧的引力波产生巨大的反作用力，让刚刚并合形成的新黑洞获得巨大的动能——

　　它像一颗子弹，射了出去。

　　一颗在“海洋”中超音速飞行的子弹。

　　这颗上百倍太阳质量的黑洞子弹，在吸积盘的炽热海洋中高歌猛进，所到之处，拉出一条由激波扩散形成的尾迹。

　　然后，它飞出了那并不算太深的“海水”。

　　就像一只冲出海面、在十几米高空中“飞翔”的虎鲸。

　　“飞”出洋面的虎鲸 | Biosphoto/Christopher Swann

　　且说那“水体”被高速撕开时拉出的激波，比“海洋”本身更加炽热，发出明亮的光。

　　但稠密的吸积盘，却不允许这光子轻易逃逸出来。每一颗光子，都需要在跟“海水”碰撞摩擦几十天之后，才能钻出洋面。

　　然后，它们同样飞向了广袤的太空——其中有那么些个光子，飞向了银河系，飞向太阳，飞向了地球。

　　35天后，类星体异常增亮！

　　就在观测到那起双黑洞并合引力波事件的35天之后，兹维基瞬变现象监测仪（Zwicky Transient Facility）在引力波可能源起的方向上，发现一个类星体突然增亮，持续了40天，然后才再度暗淡下去。

　　安装在1.2米口径塞缪尔·奥斯钦望远镜上的兹维基瞬变现象监测仪 | 美国加州理工光学天文台

　　类星体，正是星系中心的超大质量黑洞因为吞噬大量物质、吸积盘发光发热而形成的宇宙中最明亮的一类天体。

　　那些天文学家脑洞大开，提出如此科幻的一个场景，把类星体的异常增亮跟双黑洞并合联系在了一起——

　　由于稠密吸积盘的迟滞，我们接收到光子比接收到引力波迟了35天；又由于黑洞射穿吸积盘，飞出了吸积盘表面，于是激波导致的增亮没过多久便又消失了。

　　事情真是这样的吗？也不一定。

　　毕竟以目前人类的观测手段，实在是看不清百亿光年之外，一个比太阳系大不了多少的超大黑洞周边，到底发生或者没有发生过什么。

　　不过发表这篇论文的天文学家认为，他们已经排除了类星体正常光变、超新星、微引力透镜事件等其他原因的可能，双黑洞并合踹飞黑洞是目前可能性最大的解释。

　　那，如何才能进一步验证呢？

　　飞翔在空中的虎鲸，总有掉回洋面的一刻；飞翔在吸积盘上空的黑洞，也会有重新落入“汪洋”之时——按照那些天文学家的推算，倒是等不了太久，大约也就几年而已。

　　现在天文学家已经锁定目标，加强监测，就等着捕捉黑洞“入水”再次激起的璀璨浪花了。

　　参考文献

　　[1] https://iopscience.iop.org/article/10.3847/2041-8213/ab4886

　　[2] https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.124.251102

　　[3] https://physics.aps.org/articles/v13/101

　　[4] https://physics.aps.org/articles/v12/120
[5] https://www.syfy.com/syfywire/merging-black-holes-blast-out-light-but-not-for-the-reason-youd-think

　　作者：刘博洋

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