在浩瀚宇宙中，星系中心的超大质量黑洞一直是天文学家关注的焦点。近期，一个国际科研团队在马卡良501（Mrk501）星系中心取得了重大发现——他们追踪到两股粒子喷流，揭示出这里存在一对紧密环绕的超大质量黑洞，这对黑洞可能在100年内合并，并产生可探测的引力波。
几乎每个大型星系中心都有一个超大质量黑洞，其质量从太阳的数百万倍到数十亿倍不等。然而，这些天体如何成长到如此巨大，一直是科学界未解的难题。仅靠从周围吸积气体，速度太过缓慢，这表明与其他大质量黑洞的合并，在它们的成长过程中扮演着关键角色。星系碰撞在宇宙中极为常见，这使得它们中心的超大质量黑洞最终也有合并的可能。在合并成单一物体之前，两个黑洞会相互绕转，并逐渐靠近。
此次，由波恩马克斯普朗克射电天文学研究所（MPIfR）的西尔克·布里岑领导的国际团队，在Mrk501中心发现了超大质量黑洞对的直接迹象。这一发现为存在第二个超大质量黑洞提供了有力证据，观测结果也提供了银河系中心这类系统的首张直接图像。西尔克·布里岑表示：“我们寻找它已经很久了，令人完全意外的是，我们不仅能看到第二股喷流，甚至还能追踪它的运动。”
在43吉赫兹频率下对星系Mrk501中心区域进行观测（观测于三个不同时间点），等高线表示发射强度，灰色圆圈标记了喷流内的明亮区域，这些区域是通过模型计算确定的。通过追踪这些区域的移动，就能跟踪喷流的运动。指向地球的已知喷流（喷流1，橙色指引线）清晰可见，新发现的第二股喷流（喷流2，蓝色）在几周内改变了外观。这两股粒子流都起源于星系核心中彼此靠近的位置，与喷流1相关的黑洞（BH）位置用箭头标记。
第一股喷流朝向地球，异常明亮，天文学家已对其研究多年。第二股喷流指向不同方向，更难被探测到。在短短几周内，研究人员记录到重大变化，第二股喷流从较大黑洞的后方出现，并以重复的模式绕其逆时针运动。评估这些数据时，西尔克·布里岑形容感觉就像在船上一样，整个喷流系统都在运动，一个双黑洞系统可以解释这一现象：轨道平面在摇摆。
在一次观测中，该系统发出的辐射路径严重扭曲，呈现出环状，这被称为爱因斯坦环。最可能的解释是该系统与地球完美对齐，前景中的黑洞起到了引力透镜的作用，弯曲了其后方另一束喷流发出的光线。
通过研究喷流中的长期变化和重复的亮度模式，研究人员得出结论，这两个黑洞每121天相互绕转一次。它们的距离大约是地日距离的250到540倍（约232亿到502亿英里，或374亿到808亿公里），对于质量在1亿到10亿个太阳之间的天体来说，这个距离非常小。根据它们的实际质量，这对黑洞可能会足够快地相互靠近，最快在100年内合并。
由于Mrk501距离地球非常遥远，即使是最先进的仪器也无法直接将这两个黑洞分辨为独立的天体。曾捕获首批黑洞图像的事件视界望远镜（EHT）也缺乏必要的分辨率，所以天文学家无法直接观测到这对黑洞正在收缩的轨道。不过，研究人员期望通过引力波探测到间距缩小的迹象。该系统应该会产生极低频引力波，这些引力波可以利用脉冲星计时阵列（PTAs）进行观测。
超大质量黑洞双星（SMBHBs）已被认为是欧洲脉冲星计时阵列及其他合作组织此前探测到的引力波背景的主要解释。Mrk501现已成为将脉冲星计时阵列测量结果与特定超大质量黑洞双星联系起来的最有力候选者之一。合著者赫克托·奥利瓦雷斯表示：“如果探测到引力波，我们甚至可能看到它们的频率随着这两个巨型天体螺旋式接近碰撞而稳步上升，这为观测超大质量黑洞合并的过程提供了难得的机会。”
超大质量黑洞是质量达百万至百亿倍太阳质量的黑洞，多位于星系中心。其引力极强，能吞噬周围气体、尘埃甚至恒星，形成高温吸积盘并释放强烈辐射。它对星系的形成与演化起着关键作用，是宇宙中最神秘且极具研究价值的天体之一。
