缺少: 一个100亿太阳质量的黑洞

丹尼斯·奥弗比写的

天文学家正在寻找宇宙失物招领处，寻找被认为存在的最大、最糟糕的黑洞之一。到目前为止，他们还没有找到它。

在过去的几十年中，它已成为天文学传说的一部分，每个星系的中心都潜伏着一个巨大的黑洞，相当于数百万甚至数十亿的太阳消失在该黑洞中。星系越大，中心的黑洞就越大。

因此，十年前，太空望远镜科学研究所的马克·波斯特曼 (Marc postman) 使用哈勃太空望远镜对星系团进行了调查，发现了一个超巨星星系，其中心没有黑洞的迹象，这真是令人惊讶。通常情况下，星系的核心中心会有额外的光线弯曲，这是一种闪闪发光的斗篷，由巨大黑洞引力聚集在那里的恒星产生。

相反，在银河系宽核心的确切中心，星光应该有轻微的颠簸，有轻微的下降。此外，整个核心，大约20,000光年的恒星云，甚至不在银河系的中间。

“哦，我的上帝，这真的很不寻常，” 托德·劳尔 (Tod Lauer) 回忆说，他是亚利桑那州图森市国家光学天文台的银河核专家，也是该论文的作者。

那是2012年。从那以后的几年里，两位研究人员和他们的同事一直在寻找来自失踪黑洞的x射线或无线电波。

银河系是被称为Abell 2261的星团中最亮的星系。它距离这里大约27亿光年，在北方天空的武仙座，离突出的恒星织女星不远。使用标准的经验法则，从2261星系中心缺失的黑洞应该是100亿太阳质量或更多。相比之下，银河系中心的黑洞只有大约400万个太阳质量。

那么，大自然在哪里藏了相当于100亿太阳的东西？

一种可能性是黑洞在那里，但已经变得沉默了，暂时没有吃的东西了。但是，劳尔和他的同事们说，另一个具有挑衅性的可能性是，黑洞被完全扔出了银河系。

'每个桃子都有个坑'

证明后者可以提供对星系和宇宙演化中一些最剧烈和最动态的过程的见解，天文学家对此进行了理论分析，但从未见过-泰坦尼克号力量和旋转的世界的舞蹈，可以使恒星和行星飞过。虚空。

邮递员在一封电子邮件中说: “这是一个有趣的谜，我们正在审理此案。”他补充说，即将到来的詹姆斯·韦伯太空望远镜将有能力阐明此案。

“当你从一个星系中弹出一个超大质量黑洞时会发生什么？”劳尔问。

劳尔是一个自称为Nukers的非正式团体的成员。在哈勃太空望远镜的早期，该小组首先在加利福尼亚大学圣克鲁斯分校的桑德拉·法伯 (Sandra Faber) 的带领下聚集在一起。在过去的40年里，他们试图阐明银河核的本质，利用哈勃的敏锐眼睛和其他新设施窥视遥远星系的亲密心脏。

“A2261-BCG的故事，” 他说，指的是星系在文献中的正式名称，“是宇宙中最大质量的星系，巨大的椭圆星系，在星系演化的终点。”

黑洞是如此密集的物体，即使光线也无法逃脱其重力离合器。从定义上讲，它们是看不见的，但是可以在整个宇宙中看到由物质落入其掌握所引起的骚动-x射线和无线电尖叫声。在星系中心类星体20世纪60年代的发现，首先使天文学家认为超大质量黑洞是造成这种烟火的原因。

到世纪之交，天文学家得出的结论是，每个星系的怀抱中都藏有一个超大质量黑洞，其质量比太阳大数百万至数十亿倍。它们来自哪里-无论是从恒星坍塌形成的较小的黑洞中生长，还是在宇宙早期通过其他过程形成的黑洞中生长-没人能确定。“每个桃子里都有一个坑，” 劳尔说。

但是这些实体如何影响其周围环境？

1980年，三位天文学家Mitchell Begelman，Martin Rees和Roger Blandford写道，这些黑洞将如何改变它们所居住的星系的演化。当两个星系碰撞并合并时 (这是早期宇宙中特别常见的事件)，它们的中心黑洞会相遇并形成一个双星系统，两个黑洞相互盘旋。

Begelman和他的同事认为，这两个巨大的黑洞在周围摆动，会与他们沉浸在其中的星海相互作用。每隔一段时间，这些恒星中的一颗就会与双星近距离接触，引力会将恒星推出中心，从而使黑洞更加紧密地束缚。

随着时间的推移，更多的星星会被抛离中心。渐渐地，曾经集中在中心的星光会散布成一个更广阔的漫射核心，在黑洞二进制进行交配舞蹈的中心处有一点扭结。这个过程被称为 “冲刷”。

“他们在比赛中遥遥领先，” 劳尔谈到这三位天文学家时说。

一个棘手的问题

劳尔和邮递员认为他们遇到了阿贝尔2261的那种情况。但是，没有在核心中心出现峰值，而是出现了下降，好像超大质量的黑洞及其伴随的恒星只是被带走了。

这增加了Begelman和他的同事所设想的场景发挥出来的更大的可能性: 这两个黑洞已经融合成一个巨大的，一无所有。合并将伴随着巨大的引力波爆发，爱因斯坦1916年预测存在时空涟漪，2016年一个世纪后LIGO仪器最终看到了时空涟漪。

如果这种爆发是不平衡的，它将使由此产生的超大质量黑洞穿过银河系，甚至从中飞出，这是天文学家从未观察到的。因此，找到错误的黑洞至关重要。

对A2261-BCG的进一步检查显示，漫射核心内有四个小结。其中一个会藏有黑洞吗？

由西弗吉尼亚大学的Sarah Burke-Spolaor领导的团队在新墨西哥州的索科罗乘坐哈勃望远镜和超大型阵列射电望远镜升空。哈勃的光谱测量可以判断结中的恒星移动的速度，从而判断是否需要一些大质量的物体将它们保持在一起。

他们得出结论，其中两个结可能是小星系，小内部运动被大星系蚕食。第三个结的测量具有如此大的误差线，以至于还不能将其排除在黑洞的位置之外。

Burke-Spolaor报道，核心底部边缘附近的第四个非常紧凑的结对于哈勃来说太微弱了。她在一封电子邮件中说: “观察这个结需要用哈勃太空望远镜观察过多的时间 (数百小时)。” 因此，它仍然是藏身地点的候选者。

Burke-Spolaor说，银河核心也会发出无线电波，但对搜索没有帮助。

她说: “我们最初希望无线电发射是某种字面意义上的吸烟枪，显示出一架直接指向黑洞位置的活跃喷气式飞机。”但是，根据其光谱特征，无线电遗物至少有5000万年的历史，她说，这意味着自喷气机关闭以来，大黑洞将有足够的时间移动到其他地方。

下一站是NASA绕钱德拉x射线天文台的轨道。密歇根大学的Kayhan Gultekin是另一位不在原始发现团队中的资深Nuker，他将望远镜对准了星团核心和那些可疑的结。没有骰子。Gultekin说，假定的黑洞如果存在的话，必须以其潜在速率的百万分之一进水。

他在一封电子邮件中写道: “要么中心的黑洞非常微弱，要么就不在那里。”他说，二元黑洞系统的情况也是如此; 它需要吃掉很少的气体才能隐藏起来。

同时，萨里大学的伊姆兰·纳西姆 (Imran Nasim) 不是邮递员团队的成员，他发表了详细的分析，分析了两个超大质量黑洞的合并如何将银河系改造成天文学家所发现的。

纳西姆在一封电子邮件中解释说: “简单地说，引力波反冲将超大质量黑洞踢出了银河系。”失去了超大质量的锚，黑洞双星周围的恒星云扩散开来，变得更加分散。该区域 (整个巨型星系中最密集的部分) 的恒星密度仅10分之1我们银河系附近的恒星密度，导致与我们相比，夜空显得贫乏。

所有这些都是天文学家急切地等待詹姆斯·韦伯太空望远镜发射的另一个原因，詹姆斯·韦伯太空望远镜是哈勃望远镜期待已久的继任者，现在定于10月底发射。该望远镜将能够同时检查所有四个结，并确定其中是否有任何一个是超大质量黑洞。

劳尔说: “在这里，你可以看到我们的老练。”“嘿，也许是在打结! 嘿，也许不是! 最好搜索一切!"