在2024年11月，引力波探測器記錄到了兩個黑洞在數十億光年外的激烈合併事件。通常，此類事件對望遠鏡而言是不可見的，僅會在時空中產生微弱的波紋。然而，這次卻發生了一些不尋常的情況。根據一項新研究，當信號抵達地球的幾秒鐘後，太空望遠鏡從同一片天空區域探測到了伽瑪射線暴（GRB）。這一巧合與一個被稱為 S241125n 的事件有關，暗示在某些罕見的條件下，即使是黑洞的碰撞也可能短暫地照亮宇宙。如果這一連結是真實的，將挑戰長期以來認為黑洞合併發生在幾乎真空環境中，幾乎沒有物質可用來產生輻射的觀點。研究作者指出，二元黑洞（BBH）合併一般不會預期產生 GRB，因此檢測到這樣的事件的光需要一個不尋常的宇宙環境。
引力波和伽瑪射線暴的事件最初出現在 LIGO–Virgo–KAGRA 引力波觀測網絡的數據中。這些儀器檢測到當兩個黑洞螺旋靠近並合併時產生的時空波紋。信號顯示事件發生在距離地球約 42 億光年遠的地方，對應的宇宙紅移約為 0.73。參與的物體質量也引起了科學家的注意。這兩個黑洞的總質量超過了太陽的 100 倍，使這一事件成為迄今為止檢測到的最重的恆星質量黑洞合併事件之一。此前大多數觀察到的合併事件僅涉及幾十個太陽質量的系統。
在引力波抵達地球後不久，太空望遠鏡數據中出現了一些意想不到的資訊。大約在合併信號出現後 11 秒，NASA 的 Swift 衛星檢測到了一個短暫的伽瑪射線暴，這是一種強烈但短暫的高能輻射閃光，來自同一片天空區域。不久之後，中國的愛因斯坦探測衛星也確認了來自同一區域的潛在 X 射線餘輝。這引發了一個有趣的問題——黑洞碰撞是否可能產生這一閃光？
持續不到約兩秒的伽瑪射線暴通常與中子星合併有關，而不是黑洞對。然而，檢測到的閃光特性也有些不尋常。事件開始時觀察到的輻射擁有比通常在短期伽瑪射線暴中看到的更柔和的光子光譜，意味著釋放的光子攜帶的能量相對較低。同時，餘輝輻射的強度則似乎比通常要硬，這表明導致這次閃光的物理過程可能與典型的 GRB 不同。研究作者指出：“這一類似 GRB 的事件在即時和餘輝階段都展現出特定的光譜指數，因此作為二元黑洞合併事件在活躍星系核盤中的有趣測試模型。”
為了檢驗引力波信號和伽瑪射線暴是否相關，研究人員進行了數據的聯合統計分析。他們的計算表明，這種巧合隨機發生的機會約為每 30 年觀測中出現一次虛假事件。團隊故意使用了保守的假設，這意味著實際的概率可能更低。儘管如此，他們強調在確認這一關聯之前，仍需更多證據。
為了解釋黑洞合併如何產生光，研究人員提出這一事件可能發生在一個特別有能量的環境中——圍繞著超大質量黑洞的活躍星系核（AGN）中的氣體和塵埃盤。研究作者表示：“我們提出了一個理論模型，其中二元黑洞合併發生在活躍星系核（AGN）盤中。”在活躍星系的中心，大量物質圍繞著中央的超大質量黑洞旋轉，形成一個密集的旋轉盤。這些盤中可以包含較小的黑洞，這些黑洞可能會在氣體內部軌道運行。隨著時間推移，一些黑洞可能形成二元對並最終合併。
如果 S241125n 中涉及的兩個黑洞在這樣的盤內發生碰撞，情況將與在空曠空間中合併截然不同。合併後，新形成的黑洞可能會因為不均勻的引力波排放而經歷反彈。這一反彈可能使黑洞在周圍的氣體中快速移動。當它穿越這種密集物質時，黑洞可能以極快的速度吞噬氣體——可能遠超過正常的愛丁頓吸積極限。如此大量的物質流入可以產生強大的相對論性噴流，這些噴流是從黑洞極地以接近光速發射的粒子和輻射的狹窄流。
在團隊的情景中，噴流最初仍然埋藏在厚厚的 AGN 盤中。隨著噴流向外推進，它會對周圍氣體驅動強烈的衝擊波，並在盤中攔截大量能量。最終，當噴流終於突破盤的表面時，存儲的能量可以突然釋放出來。這一輻射的突然釋放，也稱為衝擊突破，可能會產生伽瑪射線暴。由於輻射在逃逸之前與密集物質相互作用，所產生的光譜會顯得更柔和且更熱化，這與 Swift 數據中觀察到的異常特性相符。
如果未來的觀測確認引力波和伽瑪射線暴來自同一事件，將擴展多信使天文學的可能性——這是一個通過結合不同類型信號來研究宇宙現象的領域。迄今為止，二元黑洞合併僅能通過引力波來檢測。從這類事件中看到光將為這些碰撞發生的環境提供寶貴線索。這一發現還可以幫助科學家理解極其巨大的恆星質量黑洞是如何形成的。如果合併發生在活躍的星系盤內，這樣的環境中反覆的碰撞可能會逐漸形成更大質量的黑洞。
然而，目前的證據依然是暗示性的而非確定性的。研究作者補充道：“我們的模型是可預測的，我們強調進一步約束合併的軌道偏心率的重要性，並對宿主星系進行深場觀測以驗證我們的解釋。”該研究已發表在《天體物理學期刊》中。
