如今，黑洞合并及其产生的引力波已是科学界的定论。天文学家已经观测到几次黑洞合并，但都是质量小于太阳 100 倍的恒星级黑洞之间的合并。然而，质量为太阳数百万甚至数十亿倍的超大质量黑洞之间的合并尚未被观测到；事实上，天文学家们一直在思考这种碰撞的可能性有多大。如今，发现两个超大质量黑洞正相向而行，可能会帮助科学家们解答如果它们相遇会发生什么的问题。
这对黑洞，每个都比 8 亿个太阳的质量还要大，位于一个距离我们 25 亿光年的星系中。这个星系本身是星系合并的残骸——是在两个各自拥有一个超大质量黑洞的星系合并后留下的。由普林斯顿大学的 Andy Goulding 领导的一个团队使用哈勃空间望远镜发现了这一现象，并于 7 月 10 日在《天体物理学杂志通讯》上发表了他们的发现。
尽管天文学家经常能发现合并中的星系，但他们从未捕捉到一对超大质量黑洞实际相撞的场景。然而，“合并的超大质量黑洞双星会产生宇宙中最响亮的引力波，”该研究的合著者、位于弗拉蒂研究所计算天体物理学中心的 Chiara Mingarelli 在一份新闻稿中说道。Mingarelli 说，超大质量黑洞对应该会发出比 LIGO 和 VIRGO 已经探测到的“响一万倍”的引力波。
最后一秒差距问题
超大质量黑洞的合并方式与其低质量同类有所不同。由于它们最初相距很远——位于两个不同的星系中——黑洞需要很长时间才能在星系合并的中心相遇。天文学家认为，超大质量黑洞会缓慢落入最终合并星系的中心，并开始相互绕转。
但有个问题。一些理论认为，一旦超大质量黑洞之间的距离达到一定程度——1 秒差距，约 3.2 光年——它们就会停滞不前。这是因为为了靠得更近，黑洞会将能量传递给其他物体，例如过于靠近的气体、尘埃和恒星。但是，随着黑洞之间距离的缩小，物体为了窃取能量而可以进入的空间也随之缩小。天文学家计算，在约 1 秒差距的范围内，根本没有足够的“物质”供黑洞释放能量以靠近并碰撞。
因此，从那时起，黑洞会无休止地相互绕转，而不会靠近并合并。天文学家称之为“最后一秒差距问题”，因为很难让两个超大质量黑洞之间的距离小于 1 秒差距。一些理论认为，只有在存在第三个超大质量黑洞的情况下，例如三个星系合并时，才有可能发生超大质量黑洞的合并。
那么，为什么不寻找距离小于 1 秒差距的超大质量黑洞来观察是否会发生合并呢？天文学家当然想这么做，但由于其他星系距离遥远，目前的望远镜根本无法分辨如此近距离的两个物体。它们看起来就像一个物体。更糟糕的是，合并中的超大质量黑洞要到距离小于 1 秒差距的最后接近阶段，才会发出震耳欲聋的引力波。即使真的发生，这种情况也很罕见，因此尚未听到超大质量黑洞合并的引力波并不奇怪。
“我们不知道超大质量黑洞是否会合并，这对天文学来说是一个重大的尴尬，”合著者、普林斯顿大学的 Jenny Greene 说。“对于所有从事黑洞物理研究的人来说，从观测角度来看，这是一个长期存在的难题，我们需要解决。”
那么，天文学家能做些什么来确定“最后一秒差距问题”是否真的存在？如果理论是错误的，而且根本不存在这个问题，那么超大质量黑洞对应该足够频繁地靠近并合并，以产生背景的引力波“嗡嗡声”。“这种噪声被称为引力波背景，它有点像夜晚蟋蟀的混乱合唱，”Goulding 说。“你无法分辨出一只蟋蟀，但噪声的音量可以帮助你估计有多少只蟋蟀在那里。”但这种嗡嗡声超出了 LIGO 和 VIRGO 的探测范围，尽管天文学家们正期待着像LISA这样的项目，这是一个空间引力波探测器，它将以当前仪器无法探测到的频率“听到”声音。
或者，天文学家可以使用脉冲星——快速旋转的、由大质量恒星坍缩成中子星而非黑洞的残骸——来探测引力波的经过。引力波经过时会拉伸和收缩时空，这会非常轻微地干扰我们从脉冲星接收到的规律脉冲信号。这种干扰在约十年的时间里只会导致接收信号的偏移仅几百纳秒，但如果天文学家能够捕捉到这种变化，也可能有助于他们确定超大质量黑洞是否能够靠近并合并。
时间限制
这对超大质量黑洞是在约 430 秒差距（1,400 光年）的距离上被发现的，距离最终接近还有 25 亿年。这个数字应该听起来很熟悉——它们位于一个距离我们 25 亿光年的星系中，这意味着如果它们要碰撞，可能现在正在发生。但由于引力波以光速传播，天文学家们要再过 25 亿年才能看到这一事件，即使它真的发生了。
尽管如此，这对黑洞为天文学家提供了一个观察合并中超大质量黑洞的窗口，让他们可以了解这一过程、其进展方式以及最重要的是，它发生的频率。假设不存在“最后一秒差距问题”，研究团队利用这一发现提供的信息，计算出可能有多少对超大质量黑洞正足够接近地合并，以便 LIGO 和 VIRGO 在几年内听到它们最后的轰鸣声。他们估计，大约有 100 多对超大质量黑洞正在足够近地螺旋式靠近，以至于当前的引力波探测器能够探测到。根据这一估计，如果天文学家在五年内没有探测到超大质量黑洞合并，该团队表示，这可能意味着“最后一秒差距问题”是超大质量黑洞也无法跨越的障碍。
