（图1）图片：NASA/CXC/University of Washington/ESA
（图1）这是一个仙女座星系的一区域，由哈勃望远镜所拍摄，以及不寻常的x射线发射物体J0045 + 41，是目前已知一个超远距离的超大质量双黑洞。
爱因斯坦的广义相对论已经通过了一个多世纪的考验。
（图2）图片：NASA
（图2）弯曲时空的广义相对性图像，物质和能量决定着轨道运动，系统随着时间的推移而演变，取得了其他理论无法比拟的成功预测。时空中的涟漪可以由快速轨道的恒星（中子星，白矮星或黑洞）产生。
从星光的弯曲到轨道的衰变，爱因斯坦对时空行为的预测从未失败过。
（图3）图片：NASA (L), Max Planck Institute for Radio Astronomy / Michael Kramer
（图3）当两颗中子星相互环绕时，爱因斯坦的广义相对论预言了轨道衰变，以及引力辐射的发射。在合并的最后阶段——之前引力波中从未观测到——振幅应该如此之高，以至于今天LIGO可以探测到它们。
从2015年开始，黑洞和中子星的最后阶段及合并通过引力波被直接观察到。
（图4）图片：LIGO-Virgo/Frank Elavsky/Northwestern University
（图4）在其带下有许多黑洞 ，黑洞的合并，甚至中子星与中子星的碰撞，引力波天文学在过去两年已经发展成为一门真正的科学。
现在科学家们可以在整个黑洞合并衰变过程中持续监测，直到最终合并。
（图5）图片：NASA/Goddard Space Flight Center/S. Immler and H. Krimm
（图5）虽然已经探测到许多黑洞，甚至双黑洞，但必须等待数百万年才能等到合并。
中子星也好不到哪儿去，所发现的双星需要约8000万年才会碰撞。
（图6）NSF / LIGO / Sonoma State University / A. Simonnet
（图6）艺术家描绘了两颗合并的中子星。双中子星系统的吸入和融合也很好，但我们发现最接近的轨道组合直到近1亿年前才会合并。
在距离银河系最近的大型星系仙女座（Andromeda）上空，发现了许多不寻常的星系。
（图7）Full Hubble Field: NASA/ESA/J. Dalcanton, et al. & R. Gendler; Wide Optical Field: Robert Gendler
（图7）通过哈勃望远镜观察仙女座这个本星系团最大的星系，发现了所有年龄，类型和轨道结构的星，包括非常紧密的双星。
其中之一的J0045 + 41，最初被认为是两颗围绕着另一颗恒星运行的恒星，周期仅为80天。
（图8）Cygni是第一颗测量视差的恒星，但由于其自身的大运动，也是一个难题。这两幅图像以红色和蓝色叠加，相差近一年，显示出这个双星系统的速度惊人。天文学家最初认为J0045 + 41是另一个这样的双星系统，但是X射线观测得出了一个更奇怪的结论。
当在x射线中观察到额外的观测结果时，发现了一个惊喜：J0045 + 41根本不是恒星。
（图9）图片：X-ray: NASA/CXC/Univ. of Washington/T.Dorn-Wallenstein et al.; Optical: NASA/ESA/J. Dalcanton, et al. & R. Gendler
（图9）x射线数据排除了双星系统的可能性，而后续的光学数据则“要求”这是两个黑洞。结合起来它们一定是超大质量的，而且距离很远。
相反，Trevor dorn - wallenstein的团队发现了一个遥远的超大质量黑洞对，纯粹是巧合。
（图10）S. Zola & NASA/JPL
有史以来最大规模的双黑洞信号：OJ 287，这个紧密的双黑洞系统大概需要11-12年才能完成一个轨道。新发现的系统J0045 + 41的运行速度大约快50倍。
强大的相对论效应将导致这一轨道衰变，将在1000年内的合并。
（图11）图片：AEI/MM/exozet
（图11）这是三个LISA航天器的艺术视图，有两个激光系统活跃。考虑到任何系统的质量和轨道参数，可以预测何时会发生合并。根据目前的数据，超大质量的黑洞对J0045 + 41可能会在未来的350年里合并，而一个基于太空的引力波天文台将会独特地看到。
一个长期在太空的引力波探测器将会观测到这一切的发生，也会是已知宇宙第一的黑洞合并事件。所以，未来350你期待吗？
博科园｜文：Ethan Siegel/Forbes science
参考期刊：NASA，ESA，LIGO
DOI: 10.1038/s41550-019-0890-0
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