使用档案望远镜数据 双子座北，天文学家测量了迄今为止发现的最重的一对超大质量黑洞。两个超大质量黑洞的合并是一种早已被预测但从未观测到的现象。这一巨大的对提供了线索，解释了为什么这样的事件在宇宙中似乎不太可能发生。
几乎每个大质量星系的中心都包含一个超大质量黑洞。当两个星系合并时，它们的黑洞可以形成双星对，即彼此处于束缚轨道上。据推测，这些双星对注定会随着时间的推移而合并，但这从未被观察到。几十年来，这样的事件是否可能发生一直是天文学家争论的话题。
天文学家利用夏威夷双子座北望远镜（美国国家物理研究所 NOIRLab 运营的双子座国际天文台的一半）的数据来分析位于椭圆星系 B2 0402+379 中的超大质量双黑洞。它是唯一一个被足够详细地观察到可以分别看到两个物体的超大质量双黑洞，并且它保持着直接测量的最短距离的记录，仅为24光年。虽然如此接近的距离对于一次强大的合并来说是个好兆头，但进一步的调查显示，这对货币对已经在这个距离上停留了超过 亿年，这就引出了一个问题：延迟的原因是什么？
为了更好地了解该系统的动态及其停滞的合并，该团队求助于双子座北多目标摄谱仪（GMOS）的档案数据，这使他们能够确定黑洞附近恒星的速度。
斯坦福大学物理学教授、该论文的合著者罗杰·罗马尼 (Roger Romani) 表示：“GMOS 卓越的灵敏度使我们能够绘制出恒星接近银河系中心时速度的增加情况。” “因此，我们能够得出有关那里黑洞总质量的结论。”
研究小组估计，这对双黑洞的质量是太阳的 28 亿倍，这使得这对双黑洞成为有史以来测量到的最重的双黑洞。这一测量不仅为双星系统的形成及其宿主星系的历史提供了有价值的背景，而且还证实了长期以来的理论，即超大质量双黑洞的质量在阻止潜在合并方面发挥着关键作用。
“双子座国际天文台的数据档案包含着一座尚未开发的科学发现的金矿，”美国国家科学基金会双子座国际天文台项目主任马丁·斯蒂尔说。 “测量这个超大质量双黑洞的质量是检验这一丰富档案的新研究潜在影响的一个引人注目的例子。”
了解这个双星是如何形成的可以帮助预测它是否以及何时合并——一些线索表明这对双星是由多个星系合并形成的。首先，B2 0402+379是一个“化石星团”，即整个星系团的恒星和气体合并成一个大质量星系的结果。此外，两个超大质量黑洞的存在，加上它们的巨大总质量，表明它们是由来自不同星系的几个较小黑洞合并而成的。
星系合并后，超大质量黑洞不会正面相撞。相反，它们开始飞过对方，进入有限的轨道。每经过一次，能量就会从黑洞转移到周围的恒星。失去能量后，这对粒子被拉得越来越近，直到相距数光年，此时引力辐射接管并合并。这一过程已在成对的恒星质量黑洞中被直接观察到——第一个案例是在 2015 年通过引力波的探测记录到的——但从未在双星质量黑洞中观察到过。
凭借对该系统极大质量的新认识，研究小组得出结论，需要大量恒星才能减缓双星系统的轨道速度，使它们靠得更近。在这个过程中，黑洞似乎喷射出了周围几乎所有的物质，使得银河系核心没有恒星和气体。由于没有更多的材料来进一步减慢这对行星的轨道速度，它们的合并在最后阶段陷入了停滞。
罗马尼说：“具有较轻黑洞对的星系通常似乎有足够的恒星和质量来快速接近。” “因为这对恒星太重，所以需要大量的恒星和气体才能完成任务。但双星系统清除了中央星系中的此类物质，使其冻结并可供我们研究。”
它们是否会克服停滞并最终在数百万年内合并，或者永远留在轨道上，还有待观察。如果它们合并，产生的引力波将比恒星质量黑洞合并产生的引力波强大一亿倍。
这对星系有可能通过另一次星系合并来克服这个最后的距离，这将向系统中注入额外的物质，或者可能是第三个黑洞，以减慢这对星系的轨道速度，使其足以合并。然而，鉴于 B2 0402+379 作为化石星团的地位，新的星系合并不太可能。
斯坦福大学研究生、该论文的主要作者 Tirth Surti 表示：“我们期待对 B2 0402+379 的核心进行进一步研究，看看它含有多少气体。” “这将使我们更深入地了解超大质量黑洞是否可以随着时间的推移合并，或者它们是否会保持为双星系统。”
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