有史以来第一次，天文学家团队在最后阶段观察到几对星系合并为单个更大的星系。凝视着合并星系凌乱核心周围厚厚的气体和尘埃的墙壁，研究小组捕获了一对超大质量黑洞 - 每一个都曾占据两个原始较小星系之一的中心 - 在它们合并之前拉近距离进入一个巨大的黑洞。

该团队由马里兰大学校友Michael Koss(MS '07，Ph.D。'11，天文学)领导，是Eureka Scientific，Inc。的研究科学家，受到UMD天文学家的贡献，该团队使用来自该系统的图像调查了数百个附近的星系。夏威夷的WM凯克天文台和美国宇航局的哈勃太空望远镜。哈勃观测结果代表了望远镜冗长档案中超过20年的图像价值。该团队在2018年11月8日发表在Nature杂志上的一篇研究论文中描述了他们的发现。

“看到与这些巨大黑洞相关的合并星系核对如此紧密相连是非常惊人的，”科斯说。“在我们的研究中，我们在拍摄图像时看到了两个星系核。你不能与它争论;它是一个非常'干净'的结果，它不依赖于解释。”高分辨率图像还提供了天文学家怀疑在早期宇宙中更常见的现象的特写预览，当时星系合并更频繁。当黑洞最终发生碰撞时，它们将以引力波的形式释放出强大的能量 - 最近由双激光干涉仪引力波天文台(LIGO)探测器首次探测到的时空中的涟漪。这些图像还预示着在我们的银河系与邻近的仙女座星系融合的几十亿年中可能发生的事情。这两个星系的中心都有超大质量黑洞，最终会聚集在一起并融入一个更大的黑洞。

该团队的灵感来自两个相互作用的星系的哈勃图像，这些星系统称为NGC 6240，后来作为该研究的原型。该团队首先通过在NASA的Neil Gehrels Swift天文台的Burst Alert望远镜(BAT)上筛选10年的X射线数据，搜寻视觉上模糊，活跃的黑洞。研究报告的共同作者，UMD天文学教授，联合空间科学研究所(JSI)研究员Richard Mushotzky说：“使用Swift BAT的优势在于它可以观察到高能量，'硬'X射线。” 。“这些X射线穿过围绕活动星系的厚厚的尘埃和气体云，使英美烟草能够看到其他波长看不见的东西。”

研究人员随后梳理了哈勃档案，将他们在X射线数据中发现的合并星系归为零。然后他们使用Keck望远镜的超锐，近红外视觉来观察更大的哈勃档案中没有的X射线黑洞样本。该团队的目标星球平均距离地球3.3亿光年 - 相对接近宇宙。许多星系的大小与银河系和仙女座星系相似。总的来说，该团队分析了使用凯克望远镜观测到的96个星系和来自哈勃档案馆的385个星系。他们的研究结果表明，超过17%的星系在它们的中心有一对黑洞，这些黑洞在融合成一个单一的超大质量黑洞之前，已经被锁定在螺旋式的后期阶段。研究人员惊讶地发现后期合并的比例很高，因为大多数模拟表明黑洞对在这个阶段花费的时间很少。

为了检查他们的结果，研究人员将调查星系与来自哈勃档案馆的176个其他星系的对照组进行了比较，这些星系缺乏积极增长的黑洞。在这一组中，只有大约百分之一的被调查星系被怀疑在合并后期的各个阶段中存在一对黑洞。最后一步帮助研究人员确认，在他们的尘埃相互作用星系的普查中发现的发光星系核心确实是快速增长的黑洞对的标志，这些黑洞对正在发生碰撞。据研究人员称，这一发现与理论预测一致，但直到现在，尚未通过直接观察得到证实。

“以前人们已经开始研究寻找这些相互作用的黑洞，但真正使这项研究成功的是可以突破尘埃茧的X射线，”科斯解释道。“我们在宇宙中看起来也更远，因此我们可以调查更大的空间，让我们有更大的机会找到更多发光，快速增长的黑洞。”要找到如此接近的星系核并不容易。大多数先前对合并星系的观测已经发现了早期阶段的合并黑洞，当它们距离大约10倍时。合并过程的后期是如此难以捉摸，因为相互作用的星系被密集的尘埃和气体所包围，需要非常高分辨率的观测，可以透过云层看到并精确定位两个合并的原子核。

“银河粉碎的计算机模拟向我们展示了黑洞在合并的最后阶段增长最快，接近黑洞相互作用时，这就是我们在调查中发现的，”物理学助理教授Laura Blecha说。佛罗里达大学和该研究的合着者。Blecha在2017年加入UF教员之前是UMD天文学系的JSI奖博士后研究员。“随着合并进展告诉我们星系遭遇，黑洞越来越快，这对于我们理解这些物体是如何变得非常重要的。太可怕了。“

未来的红外望远镜，如美国宇航局备受期待的詹姆斯韦伯太空望远镜(JWST)，计划于2021年发射，将为尘封，严重遮蔽的星系提供更好的合并视图。对于附近的黑洞对，JWST还应该能够测量每个黑洞的质量，生长速率和其他物理参数。“我们可能会遗漏其他物体。即使是哈勃望远镜，许多附近的低红移星系也无法解决 - 两个原子核合并成一个，”研究报告的共同作者，UMD天文学教授Sylvain Veilleux表示。 JSI研究员。“JWST具有更高的角分辨率和对红外线的灵敏度，可以穿过这些星系的尘埃核心，搜索附近的物体应该很容易。通过JWST，我们将能够向更远的距离推进，看看通过这些观察，我们可以开始探索在最年轻，最遥远的宇宙区域中合并的物体的比例 - 这应该是相当频繁的。“