Smadar Naoz是加州大学洛杉矶分校的物理学和天文学副教授。她为这次谈话写了这篇文章。
超大质量黑洞有朋友吗?星系形成的本质表明答案是肯定的，事实上，超大质量黑洞对在宇宙中是很常见的。
我是一名天体物理学家，对天体物理学中广泛的理论问题很感兴趣，从最初星系的形成到黑洞、恒星甚至行星的引力相互作用。黑洞是一个有趣的系统，超大质量的黑洞和环绕它们的高密度恒星环境代表了我们宇宙中最极端的地方之一。
潜伏在银河系中心的超大质量黑洞，被称为Sgr A*，其质量大约是太阳的400万倍。黑洞是太空中引力很强的地方，粒子或光线都无法逃脱。围绕着Sgr A*的是一个密集的恒星群。对这些恒星轨道的精确测量使天文学家能够确认这个超大质量黑洞的存在并测量它的质量。20多年来，科学家一直在监测这些恒星围绕超大质量黑洞的轨道。根据我们所看到的，我和我的同事证明，如果那里有一个朋友，它可能是附近的第二个黑洞，它的质量至少是太阳的10万倍。
超大质量黑洞和它们的朋友
几乎每个星系，包括我们的银河系，在其中心都有一个超大质量的黑洞，其质量是太阳质量的数百万到数十亿倍。天文学家仍在研究为什么星系的中心经常有一个超大质量的黑洞。一种流行的观点认为超大质量黑洞可能有朋友。
为了理解这个观点，我们需要回到宇宙大约1亿年前，回到第一个星系的时代。它们比今天的星系要小得多，大约是银河系质量的1万倍或更多。在这些早期的星系中，第一批死亡的恒星创造了黑洞，质量大约是太阳的数万到数千倍。这些黑洞下沉到重心，也就是它们所在星系的中心。由于星系是通过合并和相互碰撞而演化的，星系之间的碰撞会产生超大质量黑洞对这个故事的关键部分。然后黑洞发生碰撞，体积也随之增大。一个质量超过太阳一百万倍的黑洞被认为是超大质量的。
如果超大质量黑洞真的有一个朋友在它周围的近距离轨道上旋转，那么星系的中心就被锁定在一个复杂的舞蹈中。partners’引力也会对附近的恒星施加自己的引力，干扰它们的轨道。这两个超大质量黑洞相互环绕，同时，每个黑洞都对周围的恒星施加自己的引力。
黑洞的引力拉着这些恒星，使它们改变轨道;换句话说，经过一次围绕超大质量黑洞对的公转之后，恒星将不会完全回到它开始的位置。
利用我们对可能存在的超大质量黑洞对与周围恒星之间引力相互作用的理解，天文学家可以预测恒星会发生什么。像我和我的同事们这样的天体物理学家可以将我们的预测与观测进行比较，然后确定恒星可能的轨道，并弄清楚这个超大质量黑洞是否有一个同伴在施加引力影响。
通过一种专门研究明星,叫S0-2轨道超大质量的黑洞,位于星系的中心每一个16年,我们已经可以排除这个想法还有一个超大质量黑洞质量超过太阳质量的100000倍,比200倍太阳和地球之间的距离。如果有这样一个伴星，那么我和我的同事们就能探测到它对SO-2轨道的影响。
但这并不意味着一个更小的伴星黑洞不能继续隐藏在那里。这样一个物体可能不会以我们可以轻易测量的方式改变SO-2的轨道。
超大质量黑洞的物理学
超大质量黑洞最近引起了很多关注。特别是，最近在M87星系中心的这样一个巨型星系的图像为理解黑洞背后的物理学打开了一扇新的窗户。
接近银河系的星系中心-只有24000光年远。为解决超大质量黑洞的基础物理问题提供了一个独特的实验室。例如，像我这样的天体物理学家希望了解它们对星系中心区域的影响以及它们在星系形成和演化中的作用。在银河系中心发现的一对超大质量黑洞表明，在过去的某个时候，银河系与另一个可能很小的星系合并了。
这并不是监测周围恒星所能告诉我们的全部。对恒星S0-2的测量使科学家们得以对爱因斯坦的广义相对论进行一次独特的检验。2018年5月，S0-2在距离太阳仅130倍地球距离的超大质量黑洞附近疾驰而过。根据爱因斯坦的理论，当恒星从超大质量黑洞的深引力阱中爬出来时，它发出的光的波长应该会拉长。
爱因斯坦预测的拉伸波长是什么使恒星看起来更红发现并证明广义相对论准确地描述了这个极端重力场中的物理现象。我热切地期待着S0-2的第二次近距离接触，它将在大约16年后出现，因为像我这样的天体物理学家将能够更多地检验爱因斯坦关于广义相对论的预言，包括恒星方向的改变。细长的轨道。但如果超大质量黑洞有一个伴星，这可能会改变预期的结果。
最后，如果有两个巨大的黑洞在星系中心相互环绕，就像我的团队所说的那样，它们将发射引力波。自2015年以来，ligo – virgo天文台一直在探测恒星质量的黑洞和中子星合并产生的引力波辐射。这些开创性的发现为科学家探测宇宙开辟了一条新途径。
我们假设的黑洞对发出的任何波的频率都很低，低到LIGO-Virgo探测器无法探测到。但是一种名为lisa&c的太空探测器也许能够探测到这些波，这将有助于天体物理学家弄清楚我们银河系中心的黑洞是孤独的还是有同伴的。
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