質量達太陽1000億倍的黑洞蹤跡全無,它到底遇到了什麼?

在銀河系的中心,有一個巨大的黑洞,被科學家稱為人馬座A*。在直徑10萬-20萬光年的銀河系中,它憑藉着超過太陽400萬倍的質量,佔據着絕對的主宰地位。

質量達太陽1000億倍的黑洞蹤跡全無,它到底遇到了什麼?

(圖片説明:TON 618和太陽系海王星軌道的對比)

不過,在宇宙中,比人馬座A*大得多的黑洞比比皆是。迄今為止,科學家發現最巨大的黑洞,叫做TON 618,位於104億光年之外,它的質量竟然達到了太陽的660億倍!

按説這些超大質量黑洞一直在進行着自己的饕餮盛宴,吞噬周圍的天體。在這個過程中,黑洞周圍會形成耀眼的吸積盤以及強大的相對論性噴流,這都是我們間接觀測黑洞的重要線索。然而,在A2261-BCG星系中,科學家們卻遭遇到了黑洞研究的滑鐵盧。

宇宙巨獸

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(圖片説明:Abell 2261)

2000年,科學家們首次在27億光年外發現了這個星系,位於一個名為Abell 2261的巨大星系團中。我們知道,星系團是一種非常巨大的宇宙結構,成百上千個星系在引力的作用下被束縛在一起。通常來説,星系團中會有一個星系尤其巨大、明亮,而且經常位於星系團的中心,主宰着整個星系團,這種星系被稱為cD星系,或者星系團最亮星系(BCG)。

即便是在這種cD星系中,A2261-BCG的尺寸結構也是非常驚人的。我們的銀河系在宇宙中已經不算小了,但是它還要更大,直徑達到了100萬光年!而且,它的核心也大得驚人,直徑達到了1萬光年,比大小麥哲倫星系整體還要巨大,這也是迄今為止科學家發現的最巨大的星系核。

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(圖片説明:大麥哲倫星系)

我們知道,星系的中心通常都會有一個超大質量黑洞。而根據A2261-BCG星系核的尺寸,再以銀河系的數據進行等比例放大,那麼這個星系中心處應該有一個非常巨大的超大質量黑洞,其質量最大有可能達到太陽的1000億倍,比TON 618還要大!

然而,這麼大的黑洞,竟然無影無蹤,科學家花了大量的時間,卻什麼也看不到……

消失了的超大質量黑洞

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根據計算可知,這個黑洞的史瓦西半徑有可能達到了數千億公里。再考慮到它恐怖的吞噬能力,應該會有非常明亮、巨大的吸積盤才是。可是,即便利用了世界上最強大的觀測設備,如錢德拉X射線望遠鏡、甚大望遠鏡陣列以及哈勃太空望遠鏡這些鼎鼎大名的黑洞捕捉高手,科學家仍然沒有在這裏找到任何存在超大質量黑洞的痕跡。

它去哪了呢?

多年以來,科學家們提出了許多猜測,但是都沒有得到證實。最近,密歇根大學安阿伯分校的天文學家Kayhan Gultekin提出了猜測可謂是石破天驚:這個龐然大物被踢出星系了!

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被流放的黑洞?

這個想法看似非常大膽,但絕對不算是荒謬。我們知道,宇宙中星系之間的碰撞是非常普遍的現象,我們的銀河系也經歷過多次碰撞。在這個過程中,星系通常會因為融合而更加壯大,中心的超大質量黑洞也是如此。

在黑洞併合的過程中,會產生強大的引力波,在宇宙空間上產生漣漪。如果引力波非常不平衡,在某一個方向上特別強,那麼其反衝力就有可能將黑洞甩出星系。

即便如此,這個想法也的確比較新鮮。首先,兩個超大質量黑洞到底能不能合併,本就是一個未知數。

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模擬數據表明,隨着兩個超大質量黑洞不斷靠近彼此,它們之間傳輸能量的空間也在不斷被擠壓。當二者的距離不足1秒差距,也就是3.26光年時,它們之間的距離已經不足以允許它們進一步靠近彼此,最終使得它們形成了一個雙超大質量黑洞的組合穩定存在至少數十億年,這就是所謂“最後1秒差距”問題。

不過,理論終究只是理論,還需要現實觀測的證明。而觀測數據表明,A2261-BCG星系中確實有可能發生了這樣匪夷所思的事情。2012年的時候,就有科學家提出理論,指出在雙黑洞併合的過程中,會有大量的恆星被噴射出來,使得這片區域劇烈膨脹,而A2261-BCG核心周圍2000光年的範圍內都有着極其密集的恆星,或許就與此有關。

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星系核心的秘密

為此,Gultekin和他的團隊通過太空中的錢德拉X射線望遠鏡對A2261-BCG的星系核進行了仔細的觀測,希望能夠找到相關的證據。有證據表明,這個星系中心的最後一次超大質量黑洞活躍的現象,出現在大約4800萬年前。因此,他們對這個區域進行了深入的觀測。與此同時,他們還分析了星系核附近的恆星密度,來尋找他們想要的答案。

結果令人欣喜,他們發現,隨着距離星系最中心越來越近,星際熱氣體的密度的確有降低的趨勢。也就是説,這個星系內星際氣體最密集的地方不是正中心,而是在星系核周圍的區域。

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而在他們觀測的區域內,的確沒有任何與超大質量黑洞活動有關的X射線信號。這意味着,這個超大質量黑洞可能確實不在星系中心,而且被甩出去的範圍比研究人員想象得要更遠。因此,未來他們需要更加先進的觀測設備和更加大範圍的搜索,來證明這個猜想。

另外還有一種可能,那就是星系中心仍然有超大質量黑洞,只不過它並沒有在吞噬。我們知道,作為人類觀測黑洞的主要目標,吸積盤和相對論性噴流都是在黑洞吞噬過程中才會出現,一旦黑洞停止吞噬,就真的什麼也看不見了。也許這個黑洞已經歸於沉寂,才導致我們觀測不到。

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不管怎麼説,一個如此巨大的黑洞莫名其妙就消失了,實在還是有些匪夷所思的。這裏一定有什麼我們還不瞭解的宇宙秘密,等着科學家去探索。畢竟,能夠把質量可能達到太陽1000億倍的巨大黑洞搞得蹤跡全無,這個機制一定非常驚人。

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