使用檔案望遠鏡數據 雙子座北，天文學家測量了迄今為止發現的最重的一對超大質量黑洞。兩個超大質量黑洞的合併是一種早已被預測但從未被觀測到的現象。這一巨大的對提供了線索，解釋了為什麼這樣的事件在宇宙中似乎不太可能發生。
幾乎每個大質量星系的中心都包含一個超大質量黑洞。當兩個星系合併時，它們的黑洞可以形成雙星對，也就是彼此處於束縛軌道上。據推測，這些雙星對注定會隨著時間的推移而合併，但這從未被觀察到。幾十年來，這樣的事件是否可能發生一直是天文學家爭論的話題。
天文學家利用夏威夷雙子座北望遠鏡（美國國家物理研究所 NOIRLab 營運的雙子座國際天文台的一半）的數據來分析位於橢圓星系 B2 0402+379 中的超大質量雙黑洞。它是唯一一個被足夠詳細地觀察到可以分別看到兩個物體的超大質量雙黑洞，並且它保持著直接測量的最短距離的記錄，僅為24光年。雖然如此接近的距離對於一次強大的合併來說是個好兆頭，但進一步的調查顯示，這對貨幣對已經在這個距離上停留了超過 億年，這就引出了一個問題：延遲的原因是什麼？
為了更好地了解該系統的動態及其停滯的合併，該團隊求助於雙子座北多目標攝譜儀（GMOS）的檔案數據，這使他們能夠確定黑洞附近恆星的速度。
史丹佛大學物理學教授、該論文的合著者羅傑·羅馬尼 (Roger Romani) 表示：“GMOS 卓越的靈敏度使我們能夠繪製出恆星接近銀河系中心時速度的增加情況。” “因此，我們能夠得出關於那裡黑洞總質量的結論。”
研究小組估計，這對雙黑洞的質量是太陽的 28 億倍，這使得這對雙黑洞成為有史以來測量到的最重的雙黑洞。這項測量不僅為雙星系統的形成及其宿主星系的歷史提供了有價值的背景，而且證實了長期以來的理論，即超大質量雙星黑洞的質量在阻止潛在合併方面發揮關鍵作用。
「雙子座國際天文台的數據檔案包含著一座尚未開發的科學發現的金礦，」美國國家科學基金會雙子座國際天文台計畫主任馬丁‧史蒂爾說。 “測量這個超大質量雙黑洞的質量是檢驗這一豐富檔案的新研究潛在影響的一個引人注目的例子。”
了解這個雙星是如何形成的可以幫助預測它是否以及何時合併——一些線索表明這對雙星是由多個星系合併形成的。首先，B2 0402+379是一個“化石星團”，即整個星系團的恆星和氣體合併成一個大質量星系的結果。此外，兩個超大質量黑洞的存在，加上它們的巨大總質量，表明它們是由來自不同星系的幾個較小黑洞合併而成的。
星系合併後，超大質量黑洞不會正面相撞。相反，它們開始飛過對方，進入有限的軌道。每經過一次，能量就會從黑洞轉移到周圍的恆星。失去能量後，這對粒子被拉得越來越近，直到相距數光年，此時引力輻射接管並合併。這個過程已在成對的恆星質量黑洞中被直接觀察到——由於重力波的探測，首次記錄於 2015 年——但從未在雙星質量黑洞中觀察到。
憑藉對該系統極大質量的新認識，研究小組得出結論，需要大量恆星才能減緩雙星系統的軌道速度，使它們更靠近。在這個過程中，黑洞似乎噴射了周圍幾乎所有的物質，使得銀河系核心沒有恆星和氣體。由於沒有更多的材料來進一步減慢這對行星的軌道速度，它們的合併在最後階段陷入了停滯。
羅馬尼說：“具有較輕黑洞對的星系通常似乎有足夠的恆星和質量來快速接近。” 「因為這對恆星太重，所以需要大量的恆星和氣體才能完成任務。但雙星系統清除了中央星系中的此類物質，使其凍結並可供我們研究。”
它們是否會克服停滯並最終在數百萬年內合併，或者永遠留在軌道上，還有待觀察。如果它們合併，產生的重力波將比恆星質量黑洞合併產生的重力波強大一億倍。
這對星係有可能透過另一次星系合併來克服這個最後的距離，這將向系統中註入額外的物質，或者可能是第三個黑洞，以減慢這對星系的軌道速度，使其足以合併。然而，鑑於 B2 0402+379 作為化石星團的地位，新的星系合併不太可能。
史丹佛大學研究生、論文的主要作者 Tirth Surti 表示：“我們期待對 B2 0402+379 的核心進行進一步研究，看看它含有多少氣體。” “這將使我們更深入地了解超大質量黑洞是否可以隨著時間的推移合併，或者它們是否會保持為雙星系統。”
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