两个黑洞“打架”会伤害池中的鱼吗？

NGC 7727距离地球非常近，由于引力波辐射导致轨道角动量损失，双黑洞之间的距离正好处于双黑洞合并之前的阶段。这个阶段对于研究超大质量双黑洞系统的演化非常重要，为科学家提供了研究超大质量双黑洞系统的绝佳机会。

浩瀚的宇宙充满了无数的星系和黑洞。他们是在自得其乐，彼此享受和平，还是在暗中争斗，相持不下？

最近，一些科学家发现，在距离地球约8900万光年的水瓶座NGC 7727星系中心，隐藏着一对超大质量黑洞。根据华中科技大学物理学院教授雷的说法，这意味着“宇宙车祸”不可避免，观察“伤亡”可能需要数亿年。

超大质量双黑洞系统起源于星系的碰撞。

“就像同一个星系中的两颗恒星合并一样，星系团中星系之间‘碰撞’的概率也很高。”雷说，两个天体相撞的概率与它们的分布密度有关，这可以用两个天体的平均距离与天体直径之比来反映。比值越大，分布越稀少，碰撞概率越小。

根据雷的说法，对于太阳系的行星来说，这个比例大约是10万，银河系的恒星比例大约是一百万，而星系团中星系之间的平均距离只有星系直径的几十倍左右。相对来说，分布更密集，碰撞概率更高。因此，星系的碰撞在宇宙中非常普遍。

科学观察表明，许多银河系中心“隐藏”着质量是太阳100万到100亿倍的超大质量黑洞。例如，通过观察银河系中心数十颗恒星的运动，利用恒星动力学方法，科学家确定在银心有一个质量约为太阳400万倍的黑洞。

“越来越多的证据表明，每个星系的中心都可能隐藏着一个超大质量黑洞。”雷说，早在2017年，天文学家就利用事件视界望远镜首次捕捉到了距离地球5600万光年的M87星系中心的超大质量黑洞(约为太阳质量的60亿倍)的影子。

雷说，较大的新星系是随着星系“碰撞”而产生的。银河系的中心将形成一个超大质量的双黑洞系统，距离为1到100千帕秒(1帕秒约为3.26光年)。

目前，科学家观测这类超大质量双黑洞，主要是通过高分辨率多波段望远镜，观测双黑洞轨道进动引起的特征星系形状、微小黑洞通过超大质量黑洞吸积盘引起的准周期光变、双黑洞产生的谱线双峰结构以及双黑洞潮汐坍缩引起的间歇性光变。

超大质量双黑洞系统的演化可以分为三个阶段。首先，双黑洞与周围的物质和恒星相互作用，并逐渐相互靠近；其次，通过动力摩擦和恒星喷射，两个黑洞之间的距离进一步减小，但随着周围恒星逐渐被喷射，两个黑洞越来越难靠近，产生了“最终parsec问题”(1 parsec后两个黑洞之间的距离将无法再次靠近)，可以通过考虑星系合并形成的非球形对称物质的分布等来解决。最后，如果这两个黑洞足够接近，它们的轨道演化将由引力波辐射主导，这将导致超大质量双黑洞的快速演化，直到它们最终合并。

有助于理解银河系和仙女座星系的合并。

雷说，这次发现的超大质量双黑洞距离我们只有8900万光年，是迄今为止发现的离地球最近的超大质量双黑洞系统。

通过高分辨率的光谱观测，科学家可以分辨出黑洞周围恒星的动态信息。研究人员首次直接测量了这两个超大质量黑洞的质量，它们的质量分别是太阳质量的1.5亿倍和630万倍。同时，我们可以看出这两个超大质量的双黑洞相距只有500秒(约1600光年)。

“这是第一个用动力学方法研究出来的间距小于1000 parsec的超大质量双黑洞系统。”雷说。

如此小的距离意味着位于NGC 7727中心的超大质量双黑洞将很快合并。雷介绍，这个“不久”是相对于宇宙的演化而言的。事实上，合并将在2.5亿年后发生，这大致相当于太阳系再次围绕银河系回到原点所需的时间。“我们当然无法见证这一壮观的合并过程。”

事实上，科学家们已经发现超大质量双黑洞系统不止一次被合并，还有一些候选者是通过其他方式发现的(大部分是双黑洞造成的间接效应)。但由于观测的不确定性，这些候选物是否为超大质量双黑洞存在争议，且这些候选物距离地球太远，因此更难确定双黑洞之间的距离和合并时间。

雷说，这一发现很有吸引力，一旦最终的研究结果得到证实，将具有重大的科学意义。NGC 7727距离地球非常近，由于引力波辐射导致轨道角动量损失，双黑洞之间的距离正好在双黑洞合并之前，这对研究超大质量双黑洞系统的演化非常重要。它包含了丰富的电磁辐射现象，可能表现为两个明亮的X射线核或射电核、周期性光变、双峰发射线等特征。

同时，这一发现有力地表明，在局部宇宙中有许多类似这样的超大质量双黑洞等待着我们去发现。研究这些系统对于我们理解银河系和仙女座星系未来的合并有很大的帮助。

银河系的“车祸”不会影响地球。

科学家一致认为，由于双黑洞的合并，在星系中心诞生了质量更大的超大质量黑洞，这是黑洞生长形成超大质量黑洞的主要途径。

雷说，就像恒星双黑洞的合并一样星系中心超大质量双黑洞的并合也会产生很强的引力波辐射。2016年，美国激光干涉引力波天文台首次直接探测到恒星级质量双黑洞并合产生的引力波事件GW150914，开启了引力波天文学新纪元。

雷卫华介绍，超大质量双黑洞并合所产生的引力波频率不在地面引力波探测器激光干涉引力波天文台的探测范围。对于百万太阳质量的超大质量双黑洞并合事件，其辐射的引力波频率在毫赫兹频段，这是未来空间低频引力波探测器，如我国的“天琴”“太极”和欧洲LISA项目主要的探测对象。而几亿到几十亿太阳质量的双黑洞并合产生的引力波频率在极低频（纳赫兹到微赫兹），只能通过脉冲星计时阵列进行探测。

两个星系相撞，会出现恒星“打群架”的场景吗？距离地球如此近，会对我们造成什么影响吗？“星系的并合对整个星系而言，并无毁灭性影响。”雷卫华肯定地说，星系中恒星之间的距离，相对恒星大小来说非常遥远，两个星系中恒星相互碰撞的概率极低，因此这类并合不会导致大量恒星对撞的灾难场面。

他认为，银河系与同处本星系团的仙女座星系并合尚且如此，距离8900万光年的NGC 7727，就更加不用我们“操心”了。星系并合导致的超大质量双黑洞并合除了产生较强的低频引力波辐射，以及导致星系形态的变化之外，不会对地球构成影响。

超大质量双黑洞在宇宙中存量很大，其产生的很多引力波因为太弱而无法分辨，这些信号叠加形成了引力波背景噪声。科学家通过探测这些引力波背景噪声，就可以估算出有多少超大质量双黑洞正在向地球辐射引力波。

目前，天文学家已经观测到不少黑洞并合的“宇宙车祸现场”。这种并合是星系增长的主要方式。研究表明，大质量星系可能是次级星系多次并合的结果。并合也是星系形态形成的原因。碰撞过程中，星系中的气体压缩，使得大量恒星快速形成，星暴星系由此形成。

同时，部分特殊形态的星系也可能由碰撞而来，如车轮星系可能是一个小星系垂直穿过一个大漩涡星系的结果。