遥远的星系J0148-4214，在电离氢的光线下观察。由于距离星系非常遥远，图像看起来像是像素化的。黑色圆圈表示三个黑洞的相对位置。（图像来源：汉娜·乌布勒）一组三个超大质量黑洞正在一场死亡之舞中交织在一起，很可能会逐渐合并成一个更大的怪兽。科学家在一个距离我们12.5亿光年的星系中发现了这些黑洞，这意味着我们看到的星系是在大爆炸后不到13亿年的时候的样子。这为早期宇宙中黑洞迅速成长的方式之一——通过合并——提供了强有力的支持证据。“这是在遥远宇宙中首次发现的单一星系中的三个活动黑洞的证据，”负责这项研究的德国马克斯·普朗克外星物理研究所天文学家汉娜·乌布勒在一份声明中说。“这表明早期宇宙中的过程在将大质量黑洞聚集在一起方面是高效的，为我们期待在未来引力波观测器中探测到的大质量黑洞合并奠定了基础。”承载这些黑洞的星系被编目为J0148-4214，距离我们如此遥远（其红移为5.0167），以至于发现它的詹姆斯·韦伯太空望远镜（JWST）无法直接看到这些黑洞。相反，JWST近红外光谱仪（NIRSpec）上的集成场光谱单元测量了围绕每个黑洞的吸积盘中高速旋转的氢气的运动。“JWST的数据不仅使我们能够识别出这三个黑洞，还使我们能够估计它们的质量、吸积速率和星系的恒星质量，”马克斯·普朗克外星物理研究所的乔万尼·马佐拉里在声明中说。“我们发现总的星系恒星质量约为13亿太阳质量，而黑洞占据了其中相当大的一部分。”其中两个黑洞位于J0148-4214的中心，相距620光年。其中一个黑洞的质量为8000万倍太阳的质量，而其伴侣的质量为60万太阳质量。尽管它体型较小，但这个小黑洞以超过爱丁顿极限的速度迅速增长。爱丁顿极限是物质向黑洞落下的理论最大速率；如果速率更高，则围绕黑洞的吸积盘变得如此密集和炽热，以至于盘中的辐射将物质又吹回去，从而抑制黑洞的进食狂潮。这意味着，较小的黑洞只能在这种速率下短时间内保持增长，因为负反馈将停止增长。第三个黑洞距J0148-4214的中心5500光年，质量是太阳质量的200万倍。这大约是我们银河系中心超大质量黑洞——人马座A*——质量的一半。人们认为这个第三个黑洞，可能还有第二个，也是通过星系间的合并而进入J0148-4214。“这些结果令人非常兴奋，”剑桥大学的罗伯托·迈奥里尼说，他参与了这一发现。“它们表明，黑洞合并可能是早期宇宙中快速增长的一个额外快速途径。”人马座A*的图像，位于银河系中心的超大质量黑洞。（图像来源：EHT合作组）黑洞之间的合并会产生引力波喷发。目前的引力波探测器——包括美国的激光干涉引力波天文台（LIGO）、意大利的维尔戈（Virgo）和日本的KAGRA——能够探测来自某些超新星爆炸中形成的恒星质量黑洞合并产生的高频、短波长引力波。要探测类似J0148-4214中超大质量黑洞合并产生的更长波长、较低频率的引力波，则需要基线长达数百万英里的空间探测器。为此，欧洲航天局计划发射激光干涉仪空间天线（LISA）。如果一切顺利，LISA将在2030年代中期完成，届时将由三艘宇宙飞船组成三角形阵形，三角形的每条边长为155万英里（250万公里）。这三艘宇宙飞船将相互发射激光，寻找激光束旅行时间的偏差，以证明长波长引力波的经过。然而，关于J0148-4214，有一个警告：第三个黑洞可能不是与其他两个黑洞碰撞的轨道。相反，它可能正朝着星系外移动。这是经典的三体问题：三个相互环绕的物体如何运动。