质量达太阳1000亿倍的黑洞踪迹全无, 它到底遇到了什么?
在银河系的中心,有一个巨大的黑洞,被科学家称为人马座A*。在直径10万-20万光年的银河系中,它凭借着超过太阳400万倍的质量,占据着绝对的主宰地位。
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(图片说明:TON 618和太阳系海王星轨道的对比)
不过,在宇宙中,比人马座A*大得多的黑洞比比皆是。迄今为止,科学家发现最巨大的黑洞,叫做TON 618,位于104亿光年之外,它的质量竟然达到了太阳的660亿倍!
按说这些超大质量黑洞一直在进行着自己的饕餮盛宴,吞噬周围的天体。在这个过程中,黑洞周围会形成耀眼的吸积盘以及强大的相对论性喷流,这都是我们间接观测黑洞的重要线索。然而,在A2261-BCG星系中,科学家们却遭遇到了黑洞研究的滑铁卢。
宇宙巨兽
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(图片说明:Abell 2261)
2000年,科学家们首次在27亿光年外发现了这个星系,位于一个名为Abell 2261的巨大星系团中。我们知道,星系团是一种非常巨大的宇宙结构,成百上千个星系在引力的作用下被束缚在一起。通常来说,星系团中会有一个星系尤其巨大、明亮,而且经常位于星系团的中心,主宰着整个星系团,这种星系被称为cD星系,或者星系团最亮星系(BCG)。
即便是在这种cD星系中,A2261-BCG的尺寸结构也是非常惊人的。我们的银河系在宇宙中已经不算小了,但是它还要更大,直径达到了100万光年!而且,它的核心也大得惊人,直径达到了1万光年,比大小麦哲伦星系整体还要巨大,这也是迄今为止科学家发现的最巨大的星系核。
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(图片说明:大麦哲伦星系)
我们知道,星系的中心通常都会有一个超大质量黑洞。而根据A2261-BCG星系核的尺寸,再以银河系的数据进行等比例放大,那么这个星系中心处应该有一个非常巨大的超大质量黑洞,其质量最大有可能达到太阳的1000亿倍,比TON 618还要大!
然而,这么大的黑洞,竟然无影无踪,科学家花了大量的时间,却什么也看不到……
消失了的超大质量黑洞
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根据计算可知,这个黑洞的史瓦西半径有可能达到了数千亿公里。再考虑到它恐怖的吞噬能力,应该会有非常明亮、巨大的吸积盘才是。可是,即便利用了世界上最强大的观测设备,如钱德拉X射线望远镜、甚大望远镜阵列以及哈勃太空望远镜这些鼎鼎大名的黑洞捕捉高手,科学家仍然没有在这里找到任何存在超大质量黑洞的痕迹。
它去哪了呢?
多年以来,科学家们提出了许多猜测,但是都没有得到证实。最近,密歇根大学安阿伯分校的天文学家Kayhan Gultekin提出了猜测可谓是石破天惊:这个庞然大物被踢出星系了!
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被流放的黑洞?
这个想法看似非常大胆,但绝对不算是荒谬。我们知道,宇宙中星系之间的碰撞是非常普遍的现象,我们的银河系也经历过多次碰撞。在这个过程中,星系通常会因为融合而更加壮大,中心的超大质量黑洞也是如此。
在黑洞并合的过程中,会产生强大的引力波,在宇宙空间上产生涟漪。如果引力波非常不平衡,在某一个方向上特别强,那么其反冲力就有可能将黑洞甩出星系。
即便如此,这个想法也的确比较新鲜。首先,两个超大质量黑洞到底能不能合并,本就是一个未知数。
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模拟数据表明,随着两个超大质量黑洞不断靠近彼此,它们之间传输能量的空间也在不断被挤压。当二者的距离不足1秒差距,也就是3.26光年时,它们之间的距离已经不足以允许它们进一步靠近彼此,最终使得它们形成了一个双超大质量黑洞的组合稳定存在至少数十亿年,这就是所谓“最后1秒差距”问题。
不过,理论终究只是理论,还需要现实观测的证明。而观测数据表明,A2261-BCG星系中确实有可能发生了这样匪夷所思的事情。2012年的时候,就有科学家提出理论,指出在双黑洞并合的过程中,会有大量的恒星被喷射出来,使得这片区域剧烈膨胀,而A2261-BCG核心周围2000光年的范围内都有着极其密集的恒星,或许就与此有关。
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星系核心的秘密
为此,Gultekin和他的团队通过太空中的钱德拉X射线望远镜对A2261-BCG的星系核进行了仔细的观测,希望能够找到相关的证据。有证据表明,这个星系中心的最后一次超大质量黑洞活跃的现象,出现在大约4800万年前。因此,他们对这个区域进行了深入的观测。与此同时,他们还分析了星系核附近的恒星密度,来寻找他们想要的答案。
结果令人欣喜,他们发现,随着距离星系最中心越来越近,星际热气体的密度的确有降低的趋势。也就是说,这个星系内星际气体最密集的地方不是正中心,而是在星系核周围的区域。
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而在他们观测的区域内,的确没有任何与超大质量黑洞活动有关的X射线信号。这意味着,这个超大质量黑洞可能确实不在星系中心,而且被甩出去的范围比研究人员想象得要更远。因此,未来他们需要更加先进的观测设备和更加大范围的搜索,来证明这个猜想。
另外还有一种可能,那就是星系中心仍然有超大质量黑洞,只不过它并没有在吞噬。我们知道,作为人类观测黑洞的主要目标,吸积盘和相对论性喷流都是在黑洞吞噬过程中才会出现,一旦黑洞停止吞噬,就真的什么也看不见了。也许这个黑洞已经归于沉寂,才导致我们观测不到。
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不管怎么说,一个如此巨大的黑洞莫名其妙就消失了,实在还是有些匪夷所思的。这里一定有什么我们还不了解的宇宙秘密,等着科学家去探索。毕竟,能够把质量可能达到太阳1000亿倍的巨大黑洞搞得踪迹全无,这个机制一定非常惊人。