美国宇航局的钱德拉太空飞船探测到超大质量黑洞留下的三叶草状空洞

一项新研究表明，星系团中央出现了巨大的黑斑，形状像四叶草。这是宇宙中第一次出现黑斑，也是科学家第一次在同一地点观测到两组由黑洞形成的黑斑。

这些暗斑是由星系中心超大质量黑洞的辐射产生巨大的“叶瓣”形状而形成的。这些结构在射电光谱中可见，但在 X 射线光谱中则是暗空洞。研究人员首次在同一地点发现了一组四个叶瓣。

同一区域有多组叶状结构并非闻所未闻，但它们的大小通常不同，而且距离比这个三叶草形状的特征更远。“我们系统的特殊之处在于，四个叶状结构与中心的距离都相同，”意大利博洛尼亚大学天体物理学博士生 Francesco Ubertosi 说，他使用 X 射线研究星系团。Ubertosi 领导了这项新研究，发表在《天体物理学杂志快报》上。

所有这些裂片似乎都大小相同，并围绕着一个中心轴。这证明两对裂片大约在同一时间形成。

这个星系团名为 RBS 797，距离地球 39 亿光年，已经得到深入研究。研究人员早就知道那里存在射电瓣。尤伯托西的工作以 2013 年对该区域的一项研究为基础，该研究发现 X 射线空洞与射电瓣重叠——这些地方对钱德拉 X 射线天文台来说是黑暗的。尤伯托西说，这支持了黑洞“挖出”该区域周围物质的观点。

乌贝托西和他的团队试图解答的主要问题是：他们能否在 X 射线数据中找到与额外射电瓣形状相匹配的缺口？“这就像我们有一个故事，”乌贝托西说，“但有两种不同的讲述方式”，射电和 X 射线的观点应该相匹配。

超大质量黑洞通常会从其顶部和底部以两股高速气流（称为相对论性喷流）喷射粒子。乌贝托西说，喷流在到达一定距离后会膨胀，并“推开我们在 X 射线中看到的周围的气体”。他说，喷流在周围物质中开辟出一条路径，并“在 X 射线中形成气泡状凹陷”。

麻省理工学院的天体物理学家迈克尔·麦克唐纳 (Michael McDonald) 研究超大质量黑洞及其周围物质的演化，他没有参与这项研究，他说，X 射线空洞可以比作一个人在水下吹泡泡。“你可以看到水中的气泡……或者你能以某种方式探测到空气，”他说。看到水中的空隙就像探测 X 射线空洞中的空洞，测量气泡中的气体就像探测无线电波。

2019 年，乌贝托西的主管获得了使用钱德拉太空望远镜更详细地检查该物体的时间。当他们得到结果时，他们在钱德拉的 X 射线读数中看到了四个空洞，与四个射电瓣相匹配。

此外，他们还尝试测量两组叶之间的年龄差异，发现它们的年龄相差不到 1000 万年——这在银河系时间尺度上并不算太大，乌贝托西说。

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它们的年龄差距很小，这支持了两种可能的解释，2013 年这项研究的作者在发现无线电频谱中额外的一组叶瓣时也提出了这两种解释。解释一：两个绕轨道运行的超大质量黑洞同时活跃起来，并导致了这些叶瓣。或者解释二：一个黑洞偏离了轴线，可能是在它与另一个黑洞合并时，旋转起来，向新的方向喷射射流。但 Ubertosi 表示，在过去的任何 X 射线调查中都没有看到过这些额外的叶瓣，这可能是曝光时间不够长。

麦克唐纳说，从理论上讲，这两种想法都是站得住脚的，但他认为双黑洞想法“更有吸引力”，因为它可能代表了除引力波之外研究黑洞合并的另一种方式。

McDonald 表示，该团队的成果令人信服，但只有精细两三倍的图像才能确定结果。他说，这项工作是“在不发射新的价值数十亿美元的 X 射线望远镜的情况下我们能做的最好的事情”。

研究人员将继续探索星系团 RBS 797。在 Ubertosi 的下一个项目中，他希望解决四叶草是由两个黑洞还是一个黑洞形成的争论。