遗失比太阳大10亿倍的黑洞

科学家认为,一个超大质量的黑洞潜伏在宇宙中几乎每个星系的中心,其质量是太阳的数百万或数十亿倍,其巨大的引力将所有恒星保持在一起。 然而,距离地球约2261亿光年的阿贝尔2.7星系团的核心似乎打破了这一理论。 那里的天体物理学规则表明,应该有一个介于3,000到100,000亿太阳质量之间的巨大怪物,其重量可与某些已知最大质量的怪物相提并论。 但是,尽管研究人员不停地搜索,却无法找到它。 美国宇航局钱德拉X射线天文台和哈勃太空望远镜的最新观测结果仅是一个谜。

超大质量黑洞
Abell 2261影像,包含来自钱德拉(粉红色)的X射线数据以及来自哈勃望远镜和斯巴鲁望远镜的光学数据©NASA

利用1999年和2004年获得的钱德拉(Chandra)数据,天文学家已经在阿贝尔中心搜索了2,261个超大质量黑洞的迹象。 他们正在寻找由于落入黑洞而产生X射线而变得过热的材料,但他们没有发现这种源。

合并后被开除

现在,随着2018年对Chandra的更新和更长的观测,密歇根大学的Kayhan Gultekin领导的一个团队对银河系中心的黑洞进行了更深入的搜索。 他们还考虑了另一种解释,在该解释中,黑洞是在两个星系合并后弹出的,每个星系都有自己的孔,从而形成了观测到的星系。

当黑洞合并时,它们会在时空中产生称为重力波的波。 如果这种事件产生的大量引力波在一个方向上比另一个方向强,则该理论预测,新的,更大质量的黑洞将以相反的方向从银河中心全速发送。 这称为后退黑洞。

天文学家没有发现黑洞后坐力的确切证据,也不清楚超级质量是否彼此足够靠近以产生引力波并合并。 到目前为止,他们仅验证了小得多的物体的熔毁。 寻找更大的后退将鼓励科学家通过合并超大质量黑洞来寻找引力波。

间接信号

科学家认为,这可能是通过两个间接信号在阿贝尔2261的中心发生的。 首先,来自哈勃望远镜和斯巴鲁望远镜的光学观测数据揭示了一个银河系核心,即银河系中心区域,银河系中恒星的数量具有最大值,比其预期的星系大得多。 第二个迹象是,银河系中最密集的恒星距中心的距离超过2,000光年,这是令人惊讶的距离。

在合并过程中,每个星系中的超大质量黑洞都向新合并的星系的中心下沉。 如果它们在重力作用下保持在一起,并且它们的轨道开始缩小,那么黑洞将与周围的恒星相互作用并将其从银河系中心排出。 这将解释Abell 2261的核心。

恒星的偏心集中也可能是由暴力事件引起的,例如两个超大质量黑洞的合并以及随后一个更大的黑洞的后坐力的合并。

星空无影

尽管有迹象表明发生了黑洞合并,但钱德拉(Chandra)和哈勃(Hubble)数据均未显示黑洞本身的证据。 研究人员此前曾使用哈勃望远镜搜索一群可能被后退黑洞扫除的恒星。 他们研究了位于银河系中心附近的三个星团,并检查了这些星团中恒星的运动是否足够高,以至于暗示它们包含了一个百亿太阳质量的黑洞。 没有发现明确的证据表明两组中存在黑洞,而另一组中的恒星太微弱,无法得出有用的结论。

他们之前还利用NSF的Karl G. Jansky超大型阵列研究了Abell 2261的观测结果。 在银河系中心附近检测到的无线电发射表明,超大质量黑洞的活动已经发生在50万年前,但这并不表示银河系中心目前包含这样的黑洞。

然后,他们前往钱德拉(Chandra)寻找过热的材料,当材料掉入黑洞时会产生X射线。 尽管数据显示最浓的热气体不在银河系的中心,但在星团的中心或任何星团的中心都没有显示。 作者得出的结论是,在这些位置中的任何一个都没有黑洞,或者它太缓慢地吸引了物质,无法产生可检测的X射线信号。

这个巨大的黑洞位置的奥秘还在继续。 尽管搜索没有成功,但天文学家希望詹姆斯·韦伯太空望远镜能够揭示它的存在。 如果韦伯找不到它,那么最好的解释是黑洞已经远离银河系中心移动了足够远。