宇宙中奇异的双黑洞系统，它们究竟是怎么样的存在？

双黑洞系统

在宇宙中存在这样的一种天体系统——双星系统，它是指由两颗恒星组成，相对于其他恒星来说，位置看起来非常靠近的天体系统，联星是指两颗恒星各自在轨道上环绕着共同质量中心的恒星系统。双星可以当成联星的同义词，但一般而言，双星可以是联星，也可以是没有物理关联性，只是从地球观察是在一起的光学双星。

而双星系统中有一种更为奇异的存在，那就是双黑洞系统，双黑洞是指相互绕转的两个黑洞组成的一个系统。

2013年，借助美国宇航局的广域红外望远镜(WISE)，天文学家们观测到在一个遥远星系的核心似乎存在两个超大质量黑洞，这两个黑洞正相互绕转，就像一对舞者。

随后科学家利用“澳大利亚望远镜紧凑阵列”以及设在智利境内的南双子望远镜进行的后续观测又揭示了更多有关这一星系不同寻常的特征，包括一条看上去非常不均匀也不稳定的喷流。这可能是来自其中一个黑洞的喷流，但其受到了另一个黑洞强大引力的影响，因此显得摇摆不定。

这种由两个黑洞组成的类似双星的体系是很难被发现的。它们的体积极小，即便使用最强大的望远镜也难以分辨。而此次是科学家首次在与地球远达38亿光年之外发现黑洞双星系统，证明这样的黑洞系统在宇宙间可能非常普遍。

对于宇宙中可空间分辨的双黑洞系统，通过对尘埃温度以及CO分子测量等可以得到较高分辨率的图像以及各成分的相应的谱能量分布，而对于目前观测双黑洞的间接证据则主要通过双黑洞进动对于星系核的形态的影响、准周期性光变、谱线双峰结构等进行间接观测。

双黑洞系统的形成方式科学家目前认为主要由两种：

其一是由成对诞生的恒星产生，宇宙中只有三分之一到二分之一的恒星符合这种条件。在仅仅一百万年的时间内，双恒星演化、爆炸、坍塌，最终形成双黑洞。双黑洞像打蛋器一样互相环绕，它们的质量是太阳质量的20到100倍，这样的双黑洞系统也被称为共生双黑洞。共同排列旋转是双黑洞的主要标志，可以通过引力波信号对其进行测量。

双黑洞系统也可以通过两个分属于不同稠密星团的黑洞互相捕捉形成，在此过程中，弹弓效应发挥了巨大作用。早期宇宙中的黑洞在恒星经过时散发能量，缓慢地向星团中心移动；久而久之，导致恒星与黑洞的距离相当于太阳到冥王星之间的距离。在这种情况下，黑洞相互通过引力作用捕捉，形成“捕捉双黑洞”；和共生双黑洞不同，由于它们是分别产生的，旋转轴的方向不固定。

而远距离黑洞双星系统的能量会受到其他恒星之间的弹弓效应而减少，因此合并的时间也相应缩短。这些通过不同方式形成的双黑洞，一些在星系中心附近被捕捉，一些停留在原地，另一些在浩瀚的宇宙中漂流了数十亿年。无数双黑洞将在宇宙的海洋产生引力波的涟漪；当它们合并时，释放出的巨大能量将触发一场宇宙海啸。

所以宇宙中的双黑洞系统一般根据距离可以大概分为四类：分别为星系团中的类星体对、相互作用活动星队、“单个”星系中超大质量黑洞对以及空间不可分辨的双超大质量黑洞后选体。最后一类虽然在空间距离上难以分辨，但是可以根据双星的轨道运动所导致的X射线等出现的周期性或准周期性进行判断。

双黑洞系统具有什么样的意义

1、对引力波的探索

在物理学中，引力波是指时空弯曲中的涟漪，通过波的形式从辐射源向外传播，这种波以引力辐射的形式传输能量。在1916年 ，爱因斯坦基于广义相对论预言了引力波的存在。引力波的存在是广义相对论洛伦兹不变性的结果，因为它引入了相互作用的传播速度有限的概念。

引力波描述的是时空曲率的振动在时空中的传播，在广义相对论中，时空曲率是用来描述引力物理量。根据广义相对论的理论支持，对于黑洞被事件视界包围的区域对于引力波而言，事件视界提供的是一个只进不出的边界条件，即在双黑洞合并之后，引力波将会迅速的衰减。

2016年升级后的美国激光干涉引力波天文台宣称首次探测到引力波，同时推测探测到的引力波源GW150914是位于红移z=0.09+0.04-0.03处的两个黑洞的合并，其中得到的数据结果与根据广义相对论原理构建的双黑洞合并释放引力波波形模式有着很高程度的吻合，这一发现进一步对广义相对论提供了实践的支持，这也标志着人类第一次探测到引力波。

随着引力波的被探测，它表示引力波源和星星一样。最强的源可以被单一的看到，但是也会有一个由众多远处的源导致的背景。而关于双黑洞系统与引力波之间的研究也由此成为科学届的一个热门。

比如而寻找、确认双黑洞对理解星系和类星体的形成演化，以及进一步研究引力波和基本引力理论。还有宇宙中双黑洞的形成和演化，以及它们辐射引力波的特性。以及如何通过正在开展的地面高频引力波和未来空间低频引力波的观测，将对宇宙中双黑洞的形成和演化模型提供限制，并且研究出黑洞强引力场中奇妙的物理过程和物理现象。

2、星际旅行的可能性

早在1963年，著名物理学家弗里曼·戴森（Freeman Dyson）提出，任何体积的飞船都可以利用成对的紧密天体（如白矮星或中子星）的引力弹弓效应达到相对论速度——显著接近光速的速度（戴森最著名的构想是被称为“戴森球”的巨大球形结构，先进文明通过戴森球将整个恒星囊括在内，捕获其绝大部分能量）。

同样在1963年，物理学家马克·斯塔基提出，黑洞在理论上可以作为一个“引力镜”，即黑洞的引力可以将光子弹回，使其飞向光源。

而到了2019年，美国哥伦比亚大学天文学家大卫·基平经过研究表示，人类或许可以通过一种名为“光环驱动器”的全新方法，从双黑洞系统获取能量，从而实现无需燃料的星际旅行。

科学家已经观察到，当光子进入引力镜区域并随后被射回时，它们不仅从旅程中获得了速度，而且还保留了一部分动能。大卫·基平表示，，如果一个黑洞朝着光子来源运动，那回旋镖光子就可以带回黑洞的部分能量。黑洞的移动速度越快，光环驱动器从中获取的能量就越多。利用这些返回的光子——称为“回旋镖光子”——星际旅行者可以从中收集能量，达到比黑洞高133%的速度。

这种从黑洞中获取能量的方法不仅可以避免过于靠近危险的极大引力空间，也将使飞船极难被探测到。很长时间以来，天文学家一直将黑洞视为一种引力弹弓，可以帮助将物体推入遥远的太空。

大卫·基平说：“某个文明可以利用黑洞作为星系航点，但这些航点将很难远程探测到，除非出现双黑洞合并率升高或较高的双黑洞偏心率。”

因此，如果某个文明具有足够接近黑洞的能力，在理论上就可以在我们不知情的情况下，利用光环驱动器方法进行星际旅行。天文学家或许可以通过观察双黑洞合并是否发生得更加频繁来寻找外星生命使用光环驱动器的迹象。

尽管大卫·基平提出了具体的设想，但是目前人类还并没有具备到达双黑洞系统的科技实力。

3、星系碰撞的频率和星系碰撞后的活动规律

科学家认为大多数星系，包括人类所处的银河系，都会面临星系碰撞的现象发生。大多数星系，包括我们所处的银河系，其中心都有超大质量黑洞存在。当星系发生碰撞后，每个星系中心的这些超大质量黑洞将呈现出螺旋状，朝向新形成的星系中心，而在两个星系的碰撞过程中就会出现双黑洞系统。

科学家研究发现，双黑洞系统在碰撞后可以同时进行吞噬的现象，而同时吞噬的后果就是聚集巨大的能量，使得双黑洞系统漂移并逐步靠近，然后变成互相吸引的二元黑洞，最后两个黑洞发生“碰撞”，最终形成一个单一的巨大的黑洞。

科学家表示，银河系也无法避免“碰撞”的命运，银河系在将来可能和邻近的仙女星座发生碰撞，它们内部的两个黑洞在碰撞后将可能形成双黑洞系统。

如果银河系和仙女星座发生碰撞，那么会发生什么呢？天文学家通过记录黑洞的相对运动来揭示双黑洞系统运动的规律，希望解开星系碰撞后双黑洞系统的运动过程。

双黑洞系统这奇异的天体系统，藏着许多不为人知的奥秘，随着人类科技水平的不断发展，它的神秘面纱也会逐渐被我们揭晓。