隱藏的超大質量黑洞對最終可能會產生可見訊號

預計巨型黑洞二重奏將在星系合併後自然形成。儘管天文學家已經發現了一些相距較遠的超大質量黑洞對，但事實證明，要找到那些靠得很近的黑洞要困難得多。

在發表於的一項研究中 實體評論信研究人員建議尋找一個獨特的信號。當黑洞相互繞轉時，它們巨大的引力可以重複放大它們後面恆星的光線，產生重複的閃光，可能會揭示隱藏的系統。

星系合併產生超大質量黑洞雙星

大多數星系的中心都有一個超大質量黑洞。當星系碰撞並最終結合時，中心黑洞會受到重力束縛，形成科學家所說的超大質量黑洞雙星。

這些系統對於理解星系如何隨時間演化非常重要。它還有望產生宇宙中一些最強大的引力波。

未來的天基重力波觀測站應該能夠直接偵測到這些雙星。然而，新的研究表明天文學家可能不必等待。目前和即將進行的天空調查可能能夠透過它們對可見光的影響來識別它們。

「超大質量黑洞就像天然望遠鏡一樣，」馬克斯普朗克重力物理研究所的米格爾祖馬拉卡雷吉博士說。 「由於它們巨大的質量和較小的尺寸，它們會強烈地彎曲經過的光線。來自同一宿主星系的星光可以聚焦成極其明亮的圖像，這種現象稱為引力透鏡。”

引力透鏡如何產生明亮的閃光？

單一超大質量黑洞可以大大放大背景恆星，但前提是排列近乎完美。

二進制系統的行為有所不同。由於兩個黑洞充當重力透鏡，可以發生極端放大的區域變得更大。這對恆星形成了一種被稱為焦散曲線的菱形特徵，其中恆星可以顯得更加明亮。

理論上，完美的點狀恆星可以放大到無限遠。事實上，恆星的有限大小限制了效果的亮度。

牛津大學物理系教授、該研究的合著者本斯·科西斯（Bence Kocsis）表示：“雙黑洞的星光被顯著放大的可能性比單個黑洞大得多。”

重複的恆星閃光可能會揭示隱藏的黑洞

與單一黑洞不同，雙黑洞是不斷變化的。

當兩個黑洞相互繞轉時，它們會透過發射重力波逐漸失去能量，這個過程是愛因斯坦廣義相對論所預測的。隨著時間的推移，這會導致黑洞靠得更近並且旋轉得更快。

科奇斯教授小組中的研究生王漢熙領導了這項研究：「當雙星移動時，焦散曲線會旋轉並改變形狀，掃過其後面的大量恆星。如果該區域內有一顆明亮的恆星，則每次焦散物質經過它時，它都會產生異常明亮的閃光。這會導致星光的重複爆發，這提供了超大質量雙黑洞的清晰而獨特的特徵。

由於焦散結構不斷變化，因此產生的閃光會一再發生，從而形成天文學家可以搜尋的可識別模式。

關於黑洞質量和軌道的線索

研究小組發現，這些閃光的時間和強度應該遵循可預測的趨勢，而不是隨機出現。

當重力波慢慢收縮軌道時，它們會微妙地改變焦散曲線的形狀和運動。這些變化在閃光的亮度和頻率上留下了可測量的特徵。

透過分析這些模式，研究人員能夠估計隱藏雙星的重要特性，包括黑洞的質量及其軌道演化的細節。

強大的新天文台，包括維拉·C·魯賓天文台和南希·格雷斯·羅馬太空望遠鏡，預計將在未來幾年大幅擴大對這些重複出現的透鏡事件的搜索範圍。

科奇斯教授總結道：“未來在天基重力波探測器出現之前數年識別超大質量黑洞雙星的前景非常令人興奮。” “它為真正的黑洞多信使研究打開了大門，使我們能夠以全新的方式測試黑洞的引力和物理特性。”