天文学家发现宇宙中最重的一对黑洞，它们已相互纠缠长达30亿年
黑洞是宇宙中最神秘的天体之一，它们的存在和性质一直吸引着人类的探索和想象。黑洞的质量和密度是如此之大，以至于连光都无法逃脱它们的引力。黑洞通常是孤独的，但有时也会形成双星系统，即两个黑洞相互环绕。这种情况在宇宙中并不常见，而且很难被观测到。然而，最近，天文学家发现了一对非常特殊的黑洞双星，它们不仅是已知的最重的一对黑洞，而且是距离最近的一对黑洞，而且还有一个奇怪的特点：它们永远不会合并。
这对黑洞双星位于"化石"星系B2 0402+379内，距离地球约75亿光年。所谓"化石"星系，是指那些已经停止了恒星形成活动，只剩下老年恒星的星系。这种星系很少被发现，因为它们的亮度很低，很难被探测到。B2 0402+379就是这样一种星系，它的中心有两个超大质量黑洞，分别为150亿和130亿个太阳质量，总共相当于280亿个太阳质量。这是有史以来发现的最重的一对黑洞，远远超过了之前的记录，即85亿个太阳质量的黑洞双星。
这对黑洞双星相互环绕，它们之间的距离仅为24光年，相当于太阳系中海王星和太阳的距离。这是已发现的距离最近的一对黑洞，比之前的记录，即340光年的黑洞双星，要近得多。按理说，这样的距离应该足以让两个黑洞相互吸引，最终合并成一个更大的黑洞。然而，这对黑洞却没有这样做，而是一直保持着稳定的轨道，已经持续了30多亿年。
这对黑洞为什么不会合并呢？这是天文学家面临的一个谜题。一般来说，黑洞双星会借助周围的物质，比如气体、尘埃、恒星等，来耗散它们的角动量，也就是它们绕轴旋转的动量。当角动量减小到一定程度时，两个黑洞就会靠近并碰撞，释放出巨大的引力波，这是一种由时空扭曲产生的波动。这种过程已经被多次观测到，比如2015年，美国的激光干涉引力波天文台（LIGO）首次探测到了黑洞合并产生的引力波信号。
然而，这对黑洞却没有这样做，原因可能是它们的体积太大，以至于周围已经没有足够的物质来帮助它们耗散角动量。这对黑洞的直径分别为3000亿和2700亿公里，相当于整个太阳系的大小。它们所在的"化石"星系已经没有新的恒星形成，也没有大量的气体和尘埃，只有一些老年恒星。这些恒星的数量和密度都不足以让两个黑洞靠近，而且还有可能被黑洞吞噬，从而增加它们的质量和角动量。因此，这对黑洞就像两个巨大的陀螺，一直旋转着，却无法相互接触。
那么，这对黑洞是如何形成的呢？一般来说，黑洞的诞生源自于巨型恒星的坍缩。当一个恒星的质量超过8个太阳质量时，它的寿命就会很短，只有几百万年。在这段时间内，它会不断地进行核聚变，将氢转化为氦，氦转化为碳，碳转化为氧，依次类推，直到铁。铁是核聚变的终点，因为它不能再产生更多的能量。当恒星的核心变成铁时，它就会失去平衡，无法抵抗自身的引力，从而发生剧烈的爆炸，称为超新星爆发。这种爆发会将恒星的外层物质抛射出去，形成美丽的星云，而恒星的核心则会继续坍缩，形成一个黑洞。
黑洞一旦形成，就会不断地吞噬周围的物质，从而不断地成长。黑洞的质量和半径成正比，也就是说，黑洞越重，就越大。黑洞的边界称为视界，它是一个无法逃逸的区域，任何进入视界的物质都会被黑洞捕获。黑洞的视界半径称为施瓦茨希尔德半径，如果太阳变成一个黑洞，它的半径只有3公里，而地球变成一个黑洞，它的半径只有9毫米。
黑洞的形成和演化并不都是由恒星坍缩引起的，还有一种可能的来源是冷气体云核的坍缩。在宇宙的早期，当宇宙还没有形成恒星和星系时，宇宙中充满了冷的气体云，这些气体云由氢和氦组成，密度很低，但体积很大。在某些地方，由于引力的作用，这些气体云会聚集在一起，形成一个核心，这个核心的质量和密度会越来越大，最终超过一个临界值，从而直接坍缩成一个黑洞，而不经过超新星爆发的阶段。这种黑洞称为原始黑洞，它们的质量可能很小，也可能很大，取决于气体云核的大小。原始黑洞是一种假设的天体，目前还没有被直接观测到，但有些天文学家认为，宇宙中可能存在许多原始黑洞，它们可能是暗物质的一种形式。
黑洞的演化还与星系的形成和演化有关。星系是由恒星、气体、尘埃、暗物质等组成的巨大的引力系统，它们的数量和形状各异，有的像旋转的盘状，有的像椭圆形的球状，有的像不规则的碎片状。星系的中心通常都有一个超大质量黑洞，它的质量和星系的总质量成正比。这个黑洞可能是由恒星坍缩形成的，也可能是由原始黑洞形成的，或者是由两者结合形成的。星系之间也会相互作用，有时会发生碰撞和合并，这样就会导致它们的中心黑洞也发生碰撞和合并，形成一个更大的黑洞。这种过程可能是形成超大质量黑洞的主要途径。
那么，天文学家是如何发现这对特殊黑洞的呢？这要归功于夏威夷双子座北望远镜，这是一个位于夏威夷毛纳基山顶的8.1米口径的光学望远镜，它可以观测到可见光和近红外光的波段。天文学家利用这个望远镜收集了B2 0402+379星系的数据，分析了它的光谱，也就是光的颜色和强度的分布。光谱可以反映出物质的性质和运动，比如温度、成分、速度等。通过对比不同位置的光谱，天文学家发现了这对黑洞的存在和特征。
天文学家发现了两个不同的光谱线，这些光谱线是由周围的气体发出的，它们的颜色和强度随着位置的变化而变化。这说明了这些气体正在被加速，而加速的原因就是两个黑洞的引力。通过计算这些气体的速度和位置，天文学家就可以推算出两个黑洞的质量和距离。这种方法称为多普勒效应，它是指当光源和观测者之间有相对运动时，光的波长和频率会发生变化，从而导致光的颜色和强度也发生变化。比如，当光源远离观测者时，光的波长会变长，频率会变低，颜色会偏向红色，这称为红移；当光源靠近观测者时，光的波长会变短，频率会变高，颜色会偏向蓝色，这称为蓝移。通过测量光的红移或蓝移，就可以得到光源的速度和方向。
这对特殊黑洞的发现，为我们了解黑洞的形成和演化提供了一个新的视角，也为我们探索宇宙的奥秘提供了一个新的窗口。天文学家希望能够对这对黑洞进行更多的观测和研究，以了解它们周围是否还有更多的气体存在，以及这些气体是如何影响它们的运动和相互作用的。天文学家还希望能够探测到这对黑洞产生的引力波信号，以验证广义相对论的预测，以及检测它们是否最终能够合并，或者将永远保持着相互环绕的状态。这对黑洞的未来，也许会给我们带来更多的惊喜和启示。