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據(jù)國外媒體報道，天文學家第一次觀察到星系合并的最后階段。透過厚厚的氣體和塵埃，他們看到了成對的超大質(zhì)量黑洞越來越靠近，在碰撞之后迅速成長。在大多數(shù)（如果不是全部）星系的中心都存在著超大質(zhì)量黑洞，其質(zhì)量是太陽的數(shù)百萬倍至數(shù)十億倍。舉例來說，在銀河系中心的人馬座A*是一個非常光亮且致密的無線電波源，被認為可能是離我們最近的超大質(zhì)量黑洞的所在，其規(guī)模大約為太陽質(zhì)量的450萬倍。

在NGC 6240星系中，可以看到兩個較小的星系處于合并的最后階段。位于兩個小星系核心的黑洞在迅速成長，吞噬著合并星系的氣體和塵埃。

一些正在碰撞的星系核，它們正處于合并的最后階段。最上方為NGC 6240星系，左圖由哈勃太空望遠鏡的第3代廣域照相機拍攝，右圖為凱克天文臺用紅外線拍攝的星系核；下方4個星系的圖像由泛星計劃（全稱直譯為“全景巡天望遠鏡和快速回應系統(tǒng)”）和凱克天文臺拍攝。

此前的研究發(fā)現(xiàn)，星系的合并可能有助于超大質(zhì)量黑洞的成長。研究者提出，位于相互碰撞的星系中央的黑洞可能會合并，形成更大規(guī)模的黑洞。

星系的合并很可能為超大質(zhì)量黑洞提供充足的機會來撕裂恒星并吞噬物質(zhì)。這種碰撞會釋放出極其大量的輻射，并很可能成為類星體背后的驅(qū)動力。類星體是宇宙中最明亮的天體之一。然而，這篇新論文的作者表示，支持基于星系合并的超大質(zhì)量黑洞成長模型的證據(jù)十分復雜。雖然一些研究已經(jīng)揭示了類星體和合并星系之間存在聯(lián)系，但其他研究卻沒有發(fā)現(xiàn)這種關聯(lián)。

對于類星體和合并星系之間明顯沒有關聯(lián)的一個可能解釋是，圍繞這些星系的氣體和塵埃很可能嚴重遮擋了黑洞。即使在合并的早期階段，當星系之間距離超過16000光年時，情況也是如此。研究作者指出，計算機模擬顯示，這種遮擋的程度在星系合并的最后階段，即星系核之間的距離不到10000光年時將達到最高。

現(xiàn)在，研究人員已經(jīng)觀察到好幾對處于合并后期階段的星系，位于它們中心的超大質(zhì)量黑洞正在不斷拉近距離。這些發(fā)現(xiàn)將為揭示更大型的超大質(zhì)量黑洞如何形成提供線索。

研究人員首先從美國航空航天局（NASA）的尼爾·格雷爾斯雨燕天文臺（Neil Gehrels Swift Observatory）獲取了10年的X射線數(shù)據(jù)，從中篩選出與隱藏黑洞有關的信息。當黑洞吞噬物質(zhì)時，即使被厚厚的氣體和塵埃遮擋，這些“活躍”黑洞所產(chǎn)生的高能X射線也能被觀察到。

接下來，研究人員通過梳理哈勃太空望遠鏡和凱克天文臺（位于美國夏威夷）的數(shù)據(jù)，尋找與這些X射線信息相匹配的星系。論文第一作者邁克爾·科斯（Michael Koss）稱，凱克天文臺通過一種名為“自適應光學”（adaptive optics）的技術(shù)，由計算機控制可變形的鏡面，可以使恒星圖像變得更加銳利，“從而極大地提高了分辨率”。

科斯是加利福尼亞州奧克蘭市Eureka Scientific科技公司的天體物理學家。他說：“這就相當于從20/200的視力（等于我們所說的視力0.1），即法律意義上的失明，變成20/20的視力（視力1.0），使我們能看到令人難以置信的星系細節(jié)?！?/p>

總而言之，研究人員分析了凱克天文臺觀測的96個星系和哈勃望遠鏡觀測的385個星系的數(shù)據(jù)。所有這些星系與地球的平均距離為3.3億光年，在宇宙尺度上還是相對比較近的，許多星系的大小與銀河系類似。

研究人員發(fā)現(xiàn)，這其中超過17%的星系在中心處都有一對黑洞，這預示著它們處于星系合并的晚期階段。這些發(fā)現(xiàn)與研究人員計算機模擬的結(jié)果吻合，后者顯示，在富含氣體和塵埃的星系中隱藏著的活躍黑洞是許多超大質(zhì)量黑洞合并的原因。

“星系合并可能是黑洞成長的重要方式，”科斯說道。我們身處的銀河系目前就處于與鄰近仙女座星系合并的過程中，位于兩個星系核心處的超大質(zhì)量黑洞最終也將碰撞、合并在一起。現(xiàn)在，這兩個星系之間有數(shù)百萬光年的距離，但我們（銀河系）正在以每小時40萬公里的速度朝仙女座星系移動，”科斯說，“在60億年內(nèi)，銀河系或仙女座星系將不復存在，只留下一個更大的星系?！?/p>

對于隱藏在氣體和塵埃背后、正在合并的星系，對它們更清晰的觀察結(jié)果或許將來自NASA的詹姆斯·韋伯太空望遠鏡。這是一臺紅外線太空望遠鏡，預計將于2021年發(fā)射。下一代地面天文望遠鏡，如30米望遠鏡（Thirty Meter Telescope）、歐洲極大望遠鏡（European Extremely Large Telescope，簡稱E-ELT）和巨型麥哲倫望遠鏡（Giant Magellan Telescope）等，也將通過主動光學系統(tǒng)為我們帶來更加精細的星系圖像。研究人員稱，詹姆斯·韋伯太空望遠鏡應該還能夠測量距離我們較近的超大質(zhì)量黑洞的質(zhì)量、成長速率和其他物理學特征。

這項研究的結(jié)果發(fā)表在11月7日的《Nature》（自然）雜志上。