德国马克斯·普朗克射电天文学研究所带领的国际科研团队宣布，他们在距离地球数亿光年的赫拉克勒斯座活动星系马克良 501（Markarian 501，简称 Mrk 501）中，首次获得了一对紧密绕行的超大质量黑洞的直接证据。 研究显示，这对黑洞通过两股高能喷流暴露行踪，彼此间距仅相当于 250 至 540 个日地距离，质量总和可达上亿乃至上十亿个太阳，理论上可能在约 100 年内合并，并产生可被探测到的低频引力波。

当前的观测和理论普遍认为，几乎每一个大型星系中心都潜伏着一颗超大质量黑洞，其质量从数百万到数十亿个太阳不等，但这些庞然大物究竟如何在宇宙时间尺度上迅速长成，仍然是天体物理学中的关键悬案。 仅依靠缓慢吸积周围气体难以解释它们的质量增长，因此研究者一直怀疑，大规模黑洞间的并合在其中扮演重要角色。 由于星系碰撞在宇宙中相当普遍，中央黑洞在引力作用下逐渐靠近并形成双黑洞系统被视为必然过程，但直到此次观测前，天文学界尚未明确识别出一对处于最终紧密阶段的超大质量黑洞。

此次研究以 Mrk 501 为目标，这是一类著名的耀变体星系，其中心黑洞早已为人所知，并以一股几乎对准地球的相对论喷流闻名。 为深入探查星系核心区域，团队整理并分析了跨越约 23 年、多频段的高分辨率射电观测数据，这些数据来自数十次观测任务，分辨率足以追踪喷流中细微结构的随时间演化。 令研究者惊讶的是，除了早已熟知、朝向地球的那股主喷流，他们在核心附近辨认出第二股喷流的存在。

论文第一作者、西尔克·布里岑（Silke Britzen）指出，这是首次在星系核内清晰成像出这一类型系统的结构，为第二颗超大质量黑洞提供了强有力的直接证据。 在图像中，团队通过等强度轮廓和模型拟合标记出喷流中的亮斑，并在不同观测日之间比对这些结构的位移和形态变化，从而追踪喷流的运动轨迹。 结果显示，先前已知的喷流（被标记为“喷流 1”）清晰指向地球，而新发现的“喷流 2”则指向不同方向，在短短数周内形态发生显著变化，两股喷流的起点在星系核心中极为接近。

对于天文学家而言，喷流 1 因几乎直接朝向我们而表现得异常明亮，多年来一直是研究相对论喷流的经典样本。 相比之下，喷流 2 的方向偏离视线，因此长期以来难以从复杂的射电结构中分辨出来。 在最新资料中，研究人员发现这一第二喷流似乎从更大质量的黑洞背后“探出头来”，并以逆时针方向绕其运动，形成周期性的几何变化和亮度变化。 布里岑形容，对数据的分析过程“就像站在一艘船上观察整个喷流系统在摇曳”，只有引入一套双黑洞系统，并允许其轨道平面发生摆动，才能合理解释这一系列动态现象。

更具戏剧性的是，在 2022 年 6 月的一次观测中，来自该系统的辐射路径被严重扭曲，在图像中形成了一个类似“爱因斯坦环”的特征。 研究团队认为，当时系统与地球的视线几乎完美对齐，前景中的较大黑洞像透镜一样弯曲了背景喷流发出的光，使其在我们看来呈环状，这是典型的强引力透镜效应。 这一罕见现象进一步支持了“双黑洞+双喷流+引力透镜”的解释框架。

通过对长期亮度变化以及喷流形态周期性变化的分析，研究团队推断，这对超大质量黑洞的相互绕行周期约为 121 天。 它们之间的距离相当于 250 至 540 个地日平均距离，即约 23.2 至 50.2 亿英里（约 374 至 808 亿公里），对于质量介于一亿至十亿个太阳之间的天体来说，这是一个极为紧密的轨道距。 根据不同质量组合的模型计算，这对黑洞可能在短至一百年左右的时间内进一步失去轨道能量并最终合并，成为天文学史上罕见的“准实时”超大质量黑洞并合候选对象。

尽管如此，由于 Mrk 501 距离地球非常遥远，即使是当前最先进的事件视界望远镜（EHT）等设施，也难以将这两颗黑洞在天空中完全分辨为独立光点。 换言之，天文学家无法像拍摄首张黑洞照片那样，直接成像出这对黑洞相互靠近直至合并的全过程，只能依靠喷流结构和整体亮度行为的演化来间接追踪它们的轨道收缩。

然而，研究者预计，随着双黑洞继续向彼此螺旋靠近，它们将释放出极低频的引力波，有望被脉冲星定时阵（PTA）探测到。 近年来，由欧洲脉冲星定时阵等多个合作计划公布的结果显示，一个由众多超大质量黑洞双星叠加而成的引力波背景已经被初步探测，而超大质量黑洞双星系统被视为这一背景的主导来源。 Mrk 501 这次被确认为紧密双黑洞候选，让其成为未来将 PTA 信号与具体天体系统一一对应的最佳目标之一。

论文合作者埃克托·奥利瓦雷斯（Héctor Olivares）指出，如果未来能在该系统中捕捉到明确的引力波信号，且其频率随时间稳步上升，将有机会在人类的观测时间尺度内“目睹”一场超大质量黑洞合并的全过程。 这不仅将成为引力波天文学的里程碑事件，也将为检验广义相对论在极端强引力场下的适用性、理解星系中心黑洞的增长机制提供前所未有的实验室。

相关研究以题为《在 Mrk 501 核心探测到第二股喷流》（Detection of a second jet within the nuclear core of Mrk 501）的论文形式发表于 2026 年 3 月 27 日的《皇家天文学会月刊》（Monthly Notices of the Royal Astronomical Society）。 作为一项在射电干涉测量、长时间序列分析和引力透镜解释等多方面取得突破的工作，这一发现被认为为理解超大质量黑洞如何通过并合实现“跨越式成长”提供了关键证据，也为未来引力波观测锁定具体源头指明了方向。