超大质量黑洞几乎位于所有大型星系的中心，其质量可达太阳的数百万甚至数十亿倍，在宇宙尺度上举足轻重。它们如何变得如此巨大仍是一个顽固的谜团：从周围吸积气体是一条途径，但这显然太慢，无法解释最大的那些黑洞。与其他大质量黑洞合并是填补这一缺失解释的主要候选方案。

星系碰撞在整个宇宙中很常见，因此它们的中心黑洞最终也应该会走到一起。当两个星系合并时，它们的黑洞预计会相互靠近，开始相互绕转，并逐渐向内螺旋，直到合二为一。然而，模拟这些最后阶段仍然令人头疼，而且尽管有大量星系碰撞的证据，天文学家从未可靠地识别出一对极其靠近、相互绕转的超大质量黑洞。

如今，由波恩马克斯·普朗克射电天文学研究所（MPIfR）的Silke Britzen领导的一个国际研究团队发现了直接观测证据，表明在Mrk 501星系中心恰好存在这样一对黑洞。该研究已被《皇家天文学会月报》接受发表，并计划在即将出版的一期刊出。

天文学家早就知道，Mrk 501的中心黑洞以接近光速向太空喷射出强烈的粒子喷流，其动力来自黑洞周围的极端条件和强大磁场。为了研究该系统，研究人员检查了在大约23年间数十个不同日期收集的多频段详细射电观测数据。庞大的数据集揭示了惊人的现象：除了熟悉的喷流之外，还有第二条喷流，其运动也可以被追踪。

这些观测提供了研究人员所称的星系中心此类系统的首个直接成像证据，强烈表明存在第二个超大质量黑洞。这两个黑洞本身在天空中仍然靠得太近，无法被分别分辨。

“我们找了它很久，然后完全出乎意料的是，我们不仅能看到第二条喷流，甚至还能追踪它的运动，”Britzen报告说。

两个超大质量黑洞的宇宙之舞

先前已知的喷流指向地球，使其显得异常明亮且相对容易观测。新发现的喷流指向不同方向，这有助于解释它为何隐藏了这么久。

在短短几周的观测中，天文学家注意到第二条喷流的位置发生了剧烈变化。它似乎从较大黑洞的后方出现，并绕其逆时针扫过。这种运动重复出现，表明整个系统正在进行规律的轨道运动。

“评估数据的感觉就像在船上一样。整个喷流系统都在运动。双黑洞系统可以解释这一点：轨道平面在摇摆，”Britzen解释说。

研究人员还发现了2022年6月的一次不寻常事件，当时该系统的辐射似乎形成了一个环。这种现象被称为爱因斯坦环，当引力弯曲光线并形成环状外观时就会发生。一种可能的解释是：两个黑洞和地球曾短暂地以恰到好处的方式对齐，前景黑洞的引力像透镜一样，弯曲了来自其后方第二条喷流的光。这种效应被称为引力透镜，为该系统本质提供了另一条潜在线索。

两个黑洞可能仅需100年就会合并

通过检查喷流的变化和亮度的重复模式，团队计算出这两个黑洞似乎大约每121天相互绕转一周。它们估计的间距仅为地球与太阳距离的250至540倍——这听起来巨大无比，直到你想起这些天体的质量范围在1亿