来自牛津大学和马克斯·普朗克引力物理研究所（阿尔伯特·爱因斯坦研究所）的天文学家们概述了一种揭示宇宙中最难以捉摸天体之一的新策略：紧密束缚的超大质量黑洞双星。这些巨型黑洞对预计会在银河系合并后自然形成。尽管天文学家们已经识别出一些相距遥远的超大质量黑洞对，但寻找那些相距更近的已表明难度更大。在《物理评论快报》上发表的一项研究中，研究人员建议寻找一种独特的信号。当黑洞彼此旋转时，它们巨大的引力可能会反复放大位于它们后面的恒星的光，产生可能揭示隐藏系统的周期性闪光。银河系合并产生超大质量黑洞双星 大多数银河系的中心都有一个超大质量黑洞。当银河系碰撞并最终合并时，它们的中心黑洞可以变得引力束缚，形成科学家所称的超大质量黑洞双星。这些系统对于理解银河系如何随时间演变至关重要。他们还预计会产生一些宇宙中最强的引力波。未来的空间引力波观测站应该能够直接探测到这些双星。然而，新的研究表明，天文学家们可能不必等待。现有和即将进行的天空调查可能通过其对可见光的影响来识别它们。"超大质量黑洞充当自然望远镜，"来自马克斯·普朗克引力物理研究所的米格尔·祖马拉卡雷吉博士说。"由于它们巨大的质量和紧凑的大小，它们强烈弯曲经过的光。来自同一宿主银河系的恒星光可以聚焦成极其明亮的图像，这种现象称为引力透镜效应。" 引力透镜如何产生明亮的闪光 一个单独的超大质量黑洞可以显著放大背景恒星，但仅当对齐几乎完美时。一个双星系统的表现则不同。随着两个黑洞作为引力透镜，极端放大的区域变得更大。这个对创建了一个称为焦曲线的菱形特征，恒星在这里可能变得极其明亮。在理论上，一个完全点状的恒星可以被无限放大。实际上，恒星的有限大小对效果的亮度设置了上限。"与单个黑洞相比，对于双星而言，恒星光被大幅放大的几率会大幅增加，"来自牛津大学物理系的本斯·科西斯教授兼该研究的合著者说。 重复的恒星闪光可能揭示隐藏的黑洞 不同于单个黑洞，黑洞双星是不断变化的。当两个黑洞彼此围绕时，它们会通过引力波的发射逐渐失去能量，这一过程是爱因斯坦广义相对论所预测的。随着时间的推移，这使得黑洞越靠越近，旋转得越来越快。研究生王汉熙在科西斯教授的团队中，领导了这项研究："当双星移动时，焦曲线旋转并改变形状，扫过其后面大量的恒星。如果一颗明亮的恒星位于这个区域内，每当焦点经过它时都会产生一次极其明亮的闪光。这导致恒星光的重复爆发，提供了超大质量黑洞双星的清晰而独特的特征。"由于焦曲线结构持续变化，所产生的闪光会一次又一次出现，形成天文学家可以搜索的可识别模式。 关于黑洞质量和轨道的线索 团队发现，这些闪光的时机和强度应遵循可预测的趋势，而不是随机出现。随着引力波慢慢缩小轨道，它们微妙地改变焦曲线的形状和运动。这些变化在闪光的亮度和频率中留下可测量的特征。通过分析这些模式，研究人员可以估算隐藏双星的重要特征，包括黑洞的质量和轨道演化的细节。强大的新观测站，包括维拉·C·鲁宾观测站和南希·格蕾丝·罗曼空间望远镜，预计将在未来几年显著扩大对这些重复的透镜事件的搜索。科西斯教授总结说："在未来的空间引力波探测器上线前几年就识别到正在螺旋降落的超大质量黑洞双星的可能性令人非常兴奋。"它为真正的多信使黑洞研究打开了大门，使我们能够以全新的方式测试引力和黑洞物理。