LIGO黑洞合并可能有光学确认

当两个黑洞相互旋转并最终相撞时，它们会在空间和时间上发出称为引力波的涟漪。由于黑洞不发光，预计这些事件不会发出任何光波或电磁辐射。但一些理论家已经想出了黑洞合并可能会闪耀光芒的方法。现在，天文学家第一次看到了这些发光场景之一的证据。

在加州理工学院由国家科学基金会(NSF)资助的位于圣地亚哥附近的帕洛玛天文台的兹维基瞬态设备(ZTF)的帮助下，科学家们发现了可能是来自两个合并的黑洞的耀斑光芒。该设备由美国国家科学基金会(NSF)资助，位于圣地亚哥附近的帕洛马天文台(Palomar Observatory)。2019年5月21日，NSF的激光干涉仪引力波天文台(LIGO)和欧洲处女座探测器首次见证了黑洞的合并，事件名为S190521G。当黑洞合并，抖动空间和时间时，它们发出引力波。

当这一切发生时，ZTF正在执行其对天空的机器人调查，捕捉到夜空中各种耀斑、喷发或以其他方式变化的物体。调查捕捉到的一次耀斑是由遥远的活动超大质量黑洞或类星体J1249+3449产生的，它精确地指向了引力波事件S190521g的区域。

加州理工学院天文学研究教授、ZTF项目科学家马修·格雷厄姆(Matthew Graham)说，这个超大质量黑洞在这次更突然的耀斑之前已经存在多年。耀斑发生在正确的时间尺度和正确的位置，与引力波事件一致。在我们的研究中，我们得出的结论是，耀斑很可能是黑洞合并的结果，但我们不能完全排除其他可能性。格雷厄姆是这项新研究的主要作者，该研究发表在6月25日的“物理评论快报”(Physical Review Letters)杂志上。

NSF天文科学部主任Ralph Gaume说，ZTF是专门设计用来识别像这样的新的、罕见的和可变的天文活动类型。NSF对新技术的支持继续扩大了我们追踪此类事件的方式。

两个合并的黑洞是如何喷发出光的？在格雷厄姆和他的同事们概述的情景中，两个搭档黑洞依偎在一个围绕着一个大得多的黑洞的圆盘中。

在大多数星系的中心潜伏着一个超大质量的黑洞。纽约城市大学(CUNY)研究生中心、曼哈顿社区学院(BMCC)和美国自然历史博物馆(AMNH)的合著者K·E·萨维克·福特(K.E.Saavik Ford)说，它周围环绕着一大群恒星和包括黑洞在内的死恒星。这些物体像愤怒的蜜蜂一样聚集在中心那只巨大的蜂后周围。他们可以短暂地找到引力伴侣并配对，但通常在疯狂的舞蹈中很快就会失去伴侣。但她说，在超大质量黑洞的圆盘中，流动的气体将蜂群的莫什坑转化为经典的小步舞，将黑洞组织起来，这样它们就可以配对了。

一旦黑洞合并，新的，现在更大的黑洞会经历一次踢打，把它送到一个随机的方向，然后它费力地穿过圆盘中的气体。同样来自CUNY研究生中心、BMCC和AMNH的合著者巴里·麦克南(Barry McKernan)说，正是气体对这种飞驰的子弹的反应，产生了用望远镜可以看到的明亮耀斑。

据预测，这样的耀斑将在合并期间产生的引力波最初飞溅几天到几周后开始。在这种情况下，ZTF没有立即捕捉到事件，但当科学家们几个月后回去查看ZTF的档案图像时，他们发现了一个开始于2019年5月引力波事件几天后的信号。ZTF观察到耀斑在一个月的时间里慢慢消退。

科学家们试图更详细地观察这个被称为光谱的超大质量黑洞的光线，但当他们观察时，耀斑已经褪色。光谱将为耀斑来自超大质量黑洞盘内合并黑洞的观点提供更多支持。然而，研究人员表示，他们能够在很大程度上排除观察到的耀斑的其他可能原因，包括超新星或潮汐破坏事件，后者发生在黑洞实质上吃掉一颗恒星时。

更重要的是，研究小组表示，耀斑不太可能来自超大质量黑洞通常发出的隆隆声，超大质量黑洞经常以其周围的圆盘为食。利用加州理工大学领导的卡塔琳娜实时瞬态调查，他们能够评估黑洞在过去15年的行为，发现它的活动相对正常，直到2019年5月，它的活动突然加剧。

像这样的超大质量黑洞一直都有耀斑。它们不是安静的物体，但这次耀斑的时间、大小和位置都很壮观，加州理工学院天文学助理教授、合著者曼西·卡斯利瓦尔(Mansi Kasliwal，硕士，博士11)说。寻找这样的耀斑之所以如此重要，是因为它对天体物理学和宇宙学问题有很大的帮助。如果我们能再次这样做，并探测到其他黑洞合并产生的光，那么我们就能确定这些黑洞的归属，并更多地了解它们的起源。

新形成的黑洞应该会在未来几年内引起另一场耀斑。合并的过程给了这个物体一个踢，应该会使它再次进入超大质量黑洞的圆盘，产生另一道ZTF应该能够看到的闪光。

“物理评论快报”的这篇论文名为“双星黑洞合并引力波事件的候选电磁对应物”，由美国国家科学基金会、美国国家航空航天局、海辛-西蒙斯基金会和Growth(观察瞬变发生的全球天文台中继)项目资助。其他合著者包括：K.Burdge，S.G.Djorgoski，A.J.Drake，D.Duev，A.A.Mahabal，J.Belecki，R.Burruss，G.Helou，S.R.Kulkarni，F.J.Masci，T.Prince，D.Reiley，H.Rodriguez，B.Rusholme，R.M.Smith，均来自加州理工大学；爱丁堡大学的N.P.Ross；喷气推进实验室的Daniel Stern，华盛顿大学的E.C.Bellm、美国宇航局戈达德太空飞行中心的S.B.Cenko、马里兰大学学院公园的V.Cunningham以及劳伦斯·伯克利国家实验室和魏兹曼科学研究所的M.T.Soumagac。

除了NSF，ZTF还得到了广泛的国际合作伙伴的资助，并得到了美国国家航空航天局(NASA)、海辛-西蒙斯基金会(Heing-Simons Foundation)、加州理工大学空间创新理事会成员和加州理工学院本身的额外支持。