科学家发现拥有3个超大质量的罕见星系

黑洞是什么？简单来说，就是一种引力如此强大，以至于连光都无法逃逸出来的天体。黑洞通常由恒星死亡后塌缩而成，或者由多个小型黑洞合并而成。黑洞的质量和密度极高，但却没有明显的形状或边界。黑洞周围有一个叫做事件视界（event horizon）的区域，任何进入这个区域的物质或辐射都无法返回。

在这张哈勃太空望远镜的图像中，三个星系相互碰撞。三个星系之间的合并，每个星系都包含一个超大质量黑洞

黑洞有多大？这取决于它们吸收了多少物质。一般来说，越大的恒星死亡后形成越大的黑洞。目前已知最小的黑洞只有几倍太阳质量（太阳质量是天文学中用来衡量质量的单位），而最大的黑洞则可以达到数十亿倍太阳质量。这些巨型黑洞通常位于星系中心，被称为超大质量黑洞（supermassive black holes）。超大质量黑洞对周围星系产生巨大影响，甚至可以控制星系形成和演化。

那么，超大质量黑洞是如何形成和增长的呢？这是天文学家一直在探索和研究的问题之一。目前有两种主流理论：一种认为超大质量黑洞是由早期宇宙中密度极高、寿命极短、大小可达数百倍太阳质量的恒星塌缩而成；另一种认为超大质量黑洞是由多个小型或中等大小的黑洞不断合并而成。

无论哪种理论正确，都需要解释一个事实：即我们观测到了一些非常古老且非常巨大（数十亿倍太阳质量） 的超大质量黑洞。这些古老巨型黑洞存在于距离我们非常遥远（因此也非常年轻） 的地方，在当时还没有足够时间让恒星死亡或者小型黑洞合并。那么，这些古老巨型黑洞是如何在如此短的时间内形成和增长的呢？

为了回答这个问题，天文学家需要寻找一些罕见且特殊的天体现象，比如拥有三个或更多黑洞的星系。这样的星系可以提供一个独特的机会，让我们观察和模拟黑洞合并的过程，以及它们对周围环境产生的影响。

最近，一组国际天文学家就发现了一个这样的罕见星系：J1249+3449。这个星系距离我们约10亿光年（光年是天文学中用来衡量距离的单位），拥有三个亮度极高、质量极大、相距极近（只有几千光年） 的类星体（quasars）。类星体是一种非常活跃且能量极高的天体，通常被认为是超大质量黑洞周围旋转和加热物质形成的亮盘。

超级计算机模拟显示，三个中心有超大质量黑洞的星系合并成一个中心有“超大质量”黑洞的星系

J1249+3449是目前已知最紧密且最明亮的三类星体系统之一。它很可能是由三个原本分属不同星系的超大质量黑洞组成，而这三个星系在宇宙历史中某个时刻发生了碰撞和合并。通过对J1249+3449进行详细观测和分析，天文学家发现了一些令人惊讶且有趣的结果。

首先，他们发现J1249+3449中心区域存在着强烈且复杂的引力透镜效应（gravitational lensing）。引力透镜效应是指当一个强大质量源（比如一个黑洞）位于观测者和背景物体之间时，会对背景物体发出的光线产生弯曲和放大的效果，从而使背景物体看起来更亮或更大，或者出现多个重复的像。在J1249+3449中，由于三个超大质量黑洞相互作用产生了强烈的引力场，使得背景星系的光线被扭曲和放大，形成了一些奇特且美丽的图像。

其次，他们发现J1249+3449中存在着高速喷流（jets）。高速喷流是指一些物质以接近光速的速度从类星体中心向两侧喷射出来的窄束流。高速喷流是类星体最显著且最神秘的特征之一，它们可以影响周围星系和星际介质的结构和演化。在J1249+3449中，由于三个类星体相距非常近，它们各自产生的高速喷流可能会相互碰撞或干扰，从而导致一些复杂且未知的物理过程。

最后，他们发现J1249+3449是一个非常罕见且有价值的实验室，可以用来测试和验证广义相对论（general relativity）。广义相对论是爱因斯坦于1915年提出的描述引力本质和空间时间结构的理论。广义相对论在很多情况下都能够很好地解释我们观测到的现象，但是在一些极端情况下（比如黑洞合并），它可能会失效或不完备。在J1249+3449中，由于三个超大质量黑洞之间存在着强烈且动态变化的引力场，它们可能会产生一些超出广义相对论预测的效果，比如引力波（gravitational waves）。引力波是指空间时间因为质量源的加速运动而产生的波动，类似于水面因为石头扔进去而产生的涟漪。引力波可以携带一些关于质量源本身和运动状态的信息，从而让我们能够更好地了解黑洞合并的过程和结果。

为了更深入地研究J1249+3449这个罕见星系，天文学家使用了一个超级计算机模拟宇宙演化的程序：IllustrisTNG。IllustrisTNG是一个基于物理原理和观测数据建立的数值模型，可以模拟从大爆炸开始到现在约140亿年间宇宙中不同尺度和不同类型物质的形成和演化。通过在IllustrisTNG中寻找类似J1249+3449这样拥有三个或更多黑洞的星系，并观察它们随时间变化的情况，天文学家得到了一些令人震惊且有意义的发现。

他们发现，在IllustrisTNG中，只有约0.3% 的星系拥有三个或更多黑洞。这说明这样的星系确实非常罕见且特殊。他们还发现，在这些星系中，大约有一半会在未来几亿年内发生三个或更多黑洞合并。这说明这样的星系是一个非常有效且快速地形成超大质量黑洞的途径。他们最后发现，在这些星系中，最终形成的超大质量黑洞的质量可以达到数十亿甚至数百亿倍太阳质量。这说明这样的星系可能是宇宙中最庞大物体的来源。

通过对J1249+3449这个罕见星系的发现和研究，天文学家不仅揭示了一些关于黑洞合并和超大质量黑洞形成和增长的重要信息，也为我们提供了一个探索和理解宇宙中最庞大物体的窗口。J1249+3449是一个非常有趣且有价值的天体实验室，它可以让我们观察到一些平时难以看到或想象到的现象，也可以让我们测试和验证一些基础且重要的物理理论。J1249+3449是一个展示了宇宙奥秘和魅力的典范，也是一个激发了人类好奇心和探索欲望的灵感。