在一個距離我們 35 億光年的星系中心，一個黑洞可能正以驚人的速度繞著另一個比它大 10 倍的黑洞急速旋轉。這個可能的雙黑洞系統，它們之間的距離小於我們的太陽系寬度，看起來是有史以來觀測到的最接近的一對，這表明這兩個黑洞可能正處於碰撞軌道上，這將釋放出貫穿時空結構的漣漪，並幫助研究人員瞭解星系是如何合併的。
天文學家已經尋找雙黑洞十多年了，這是迄今為止最有希望的一個。研究小組表示，這個假定的黑洞對，在 9 月 17 日出版的《自然》雜誌中有所描述，可能是一個特定類星體（位於星系中心的一個能量極高的塵埃和太空碎片區域）的奇異行為的罪魁禍首。類星體被認為是由一個（或兩個）黑洞驅動的，通常會看似隨機地從明亮到昏暗地閃爍，因為它們的黑洞消耗的質量量會上升和下降。但在這種情況下，觀察到了異常規律或週期性的光發射，這表明黑洞雙星可能位於該類星體的中心。（《大眾科學》是自然出版集團的一部分。）
這個類星體，笨拙地標記為 PG 1302-102，以及其他 100 多個表現出異常週期性行為的類星體，是由加州理工學院的一個研究團隊發現的。計算科學家馬修·格雷厄姆與同事一起發表了研究結果 在今年早些時候。 PG 1302-102 從其他類星體中脫穎而出，成為最有可能在其中心擁有黑洞雙星的類星體，因為它具有特別強的週期性訊號。該類星體的亮度大約每五年飆升 14%，因此格雷厄姆的團隊懷疑黑洞雙星是罪魁禍首。
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哥倫比亞大學的一個團隊對加州理工學院團隊的發現很感興趣，他們確定了黑洞雙星是如何引起這種亮度峰值的。“一旦你發現這種週期性行為，你就可以檢視其他證據，並嘗試確定一個模型，說明雙星是如何引起光線變化的，”天文學研究生丹尼爾·D'奧拉齊奧說，他是最新論文的主要作者。他們提出了一個黑洞圍繞一個極其巨大的黑洞執行的配對模型。由於其中一個黑洞明顯較小，並且它們靠得如此之近地執行，因此較小的黑洞以估計光速的 7%（非常快的速度）繞其較大的伴星旋轉。
多普勒射束，即接近光速運動的物質的亮度會根據其位置而發生變化的過程，解釋了類星體的週期性。這種現象在視覺上等同於警報器在朝觀察者方向駛來時聲音似乎更高更響，而在遠離時聲音更低更柔和。當圍繞較小黑洞旋轉的氣體發出的光指向地球方向時，就像燈塔光束一樣，類星體的亮峰就會出現。
儘管還有其他近軌道黑洞雙星候選者，例如名稱更冗長的 PSO J334.2028+01.4075，但對於這個新候選者，多普勒射束的解釋使它更具說服力。格雷厄姆表示，如果這只是一個超大質量黑洞，“你就不會看到這種效應”。該團隊還使用他們的模型來預測類星體發出的紫外線將如何變化，然後將他們的結果與 20 年的資料進行了對比。他們的模型預測非常準確。
小間隔的黑洞雙星系統可以幫助研究人員瞭解當如此巨大的物體最終碰撞在一起時會發生什麼。黑洞碰撞是宇宙引力波的主要來源之一，引力波是廣義相對論預測但從未被直接觀測到的時空漣漪。
瞭解這些碰撞也將幫助研究人員確定他們未來應該期望看到多少雙星。“如果軌道侵蝕得非常快，我們預計只有極少數情況下才能找到仍然是雙星但尚未合併的雙星，”哥倫比亞論文的作者之一天文學家佐爾坦·海曼說。“如果它們侵蝕緩慢，我們預計會發現很多。”
目前，黑洞雙星並不是類星體 PG 1302-102 異常行為的唯一解釋。其他可能的原因包括黑洞周圍物質盤的扭曲、所謂的吸積盤中的熱點，或者儘管如此，仍類似於正弦波的週期性訊號的隨機噪聲。“我認為每個人都認同的一個確鑿證據是引力波觀測，”美國宇航局的理論天體物理學家傑里米·施尼特曼說，他與這項研究無關。他也對黑洞雙星行為進行建模。“那將真正成為你唯一知道某個東西是黑洞雙星的方法，”他補充道。
然而，任何觀測該系統引力波的努力都需要幾年後才能出現的裝置。目前的探測器不夠靈敏，無法捕捉到黑洞如果緩慢螺旋式走向碰撞時會發出的微弱波。然而，在五到十年內，靈敏到足以捕捉到 PG 1302-102 可能的引力波以及來自許多類似潛在系統的波的裝置可能會出現。也許到那時，黑洞雙星最終會迎來它們的日子。