艺术家对 PKS 2131 中心双超大质量黑洞的印象。 （加州理工学院/R. Hurt/IPAC）
遥远宇宙的星系中心正在上演一场死亡之舞。
距离约100亿光年，两个超大质量被锁定在一个如此紧密的轨道上，以至于它们会相互碰撞并形成一个更大的轨道在短短一万年的时间里。
这相当于轨道距离仅为 0.03 光年，大约是太阳和冥王星之间平均距离的 50 倍。 然而，它们的移动速度如此之快，以至于这两个物体只需要两个地球年就可以完成双星轨道，而冥王星则需要 248 年。
天文学家对超大质量黑洞双星感兴趣的原因有多种。
大多数星系的中心都存在超大质量黑洞，其他一切物质都围绕着这些星系核旋转。 当两个星系在一起时，就表明两个星系已经聚集在一起。
我们知道这个过程会发生，因此找到超大质量黑洞双星可以告诉我们它在最后阶段的样子。
超大质量黑洞双星还可以告诉我们一些关于这些巨大物体的信息？ 太阳质量的数百万到数十亿倍？ 可以变得如此巨大。
双黑洞合并是这种增长发生的一种方式。 寻找双超大质量黑洞将帮助我们了解它是否是这种增长的常见途径，并且这可能会导致更准确的建模。
所讨论的物体是一个类星体，名为 PKS 2131-021。 这些星系中的星系核是活跃的。 也就是说，超大质量黑洞正在以惊人的速度吸积物质，并因围绕核旋转的物质中的摩擦和重力产生的热量而燃烧。
一些类星体以几乎光速的速度从黑洞的极区喷出等离子体射流，这些等离子体射流沿着物体外部周围的磁场线汇集并加速。 PKS 2131 是一颗类星体，它正向地球方向喷射出一股喷流，这就是我们所说的耀变体。
一组研究类星体亮度变化的天文学家注意到 PKS 2131 耀变体光束在无线电频率中的一些奇怪之处，并在 2008 年收集的数据中发现了相同的特征。它似乎在规则的时间尺度上振荡，其亮度以几乎完美的正弦波波动类星体中从未见过的图案。
“PKS 2131 不仅呈周期性变化，而且呈正弦变化，”天文学家托尼·里德海德加州理工学院说。 “这意味着我们可以随着时间的推移不断追踪一种模式。”
当档案数据中仅发现另外两个峰值时，这条踪迹似乎就结束了，一个是在 2005 年，另一个是在 1981 年。但随后，在 2021 年，该项目激起了加州理工学院天文学家桑德拉·奥尼尔的兴趣。 她和一组研究人员重新审视了数据档案，看看他们可以追溯到多久之前的这种奇怪的模式。
他们赚到了钱。 在 Haystack 天文台 1975 年至 1983 年间的数据中，出现了更多的模式，与其余观测的时间一致。
“当我们意识到最近检测到的光变曲线的波峰和波谷与 1975 年至 1983 年间观测到的波峰和波谷相匹配时，我们知道正在发生一些非常特殊的事情，”奥尼尔说。
根据研究小组的分析，信号有规律的“滴答声”是由两个黑洞的轨道运动产生的。 当它们以两年的时间尺度相互绕行时，由于喷射的轨道运动，射电光会变暗和变亮，这会导致多普勒频移，当黑洞向我们移动时，会增强光。
档案数据显示，从1976年开始，这种正弦波可以连续观测到8年，之后消失了20年。 这可能是由于进入超大质量黑洞的物质供应发生了变化或中断。 研究人员表示，20 年后，这种模式重新出现，并一直持续至今，至今已持续约 17 年。
另一个类似的系统 OJ 287 表明该解释是有效的。 这个耀变体有两个靠近的超大质量黑洞每12年互相绕转一次，相距三分之一光年。 它也显示了无线电亮度的波动，尽管更加不规则并且没有正弦波形。
尽管我们不会亲眼目睹 PKS 2131 中超大质量黑洞的最终合并，但它们可以向我们展示如何寻找类似的系统。 反过来，这些可以使我们更接近地了解这些巨大碰撞是如何发生的。
该研究发表于天体物理学杂志通讯。
