引力波放逐超级怪兽黑洞

引力波放逐超级怪兽黑洞

天文学家们发现了一个位于遥远星系边上的特大质量的黑洞，它可能是被引力波的怪力赶出星系核心的。该发现发表在3月30日的天文学与天文物理杂志上。

虽然其他地方还有几个疑似被踢出星系的黑洞，但至今尚未得到确认。天文学家认为这个由NASA的哈勃太空望远镜检测到的目标是一个十分有力的案例。这个凶猛的黑洞重量超过十亿个太阳，是所有检测到被踢出星系核心的黑洞中最重的。

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3C 186星系距地球约80亿光年，极可能是由两个星系合并形成的，详见后文

研究者估计，要抛飞这个黑洞需要相当于一亿个超新星同时爆发的能量。最可能的解释是两个重型黑洞合并产生的引力波把这个怪兽黑洞从星系中心踢出去了。

阿尔伯特·爱因斯坦首先预言了引力波的存在。引力波是宇宙空间中的波纹，在两个大质量物体相撞的时候产生。它与石块扔进水塘产生的同心圆水纹相似。去年，激光干涉引力波天文台(LIGO)检测到两个数倍于太阳质量的黑洞合并产生的引力波，证实了引力波的存在。

哈勃对这个黑洞的观测震惊了整个研究团队。空间望远镜科学研究所(STScI)和马里兰巴尔的摩约翰霍普金斯大学联合团队领导Marco Chiaberge说：“当我第一次看到这个的时候，我认为我们看到了十分罕见的现象。当我们结合哈勃望远镜、钱德拉X射线天文台以及斯隆数字巡天的观测时，发现所有观测均表明相同的情形。我们收集到的数据总量，包括x射线、紫外线以及近红外线等，绝对比其他候选黑洞多。”

哈勃拍摄的可见光图像和近红外图像首先就让人感到这个星系不同寻常。图像显示了一个远离星系核心的明亮的类星体，这表明黑洞充满活力。黑洞无法被直接观测，但它们是类星体中心的能量来源——强烈紧凑的辐射，闪耀整个星系。这个类星体名为3C 186，其宿主星系位于80亿光年之外的星系团。研究团队在利用哈勃望远镜观测遥远星系合并发射出的强力辐射爆发时发现了该星系的奇异特性。
Chiaberge回忆道：“我那时正在期待看到许多正在融合的星系，看到类星体周围凌乱的宿主星系，但我万万没料到看到的是明显远离匀称星系的核心的类星体。通常黑洞都在星系的核心，因此看到类星体不在中心很不寻常。”

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上图展示了引力波将黑洞抛出星系中心的过程，详见后文

通过比较宿主星系的星光分布与计算模型中的一般椭圆星系，研究者计算出了黑洞距离星系核心的距离。该黑洞距离核心35000光年，这比太阳与银河系中心的距离还要远。

基于哈勃和斯隆巡天的光谱观测数据，研究者估计了黑洞的质量，测量了附近气体的速度。光谱将光线分解为基本组成颜色，可被用于测量太空中的速度。来自STScI的团队成员Justin Ely说道：“我们惊讶地发现，环绕黑洞的气体正在以470万英里的时速飞离星系核心。”这同样可作为黑洞速度的计量，因为气体受到黑洞引力的作用，被锁在了周围。

天文学家计算得到黑洞的速度快到只需要3分钟就能走完地球到月球的距离。这已经快到能让这个黑洞在2千万年里逃离这个星系，永远漂流在宇宙中。

哈勃的图像提供了帮助解释该黑洞所在位置的线索。宿主星系具有被称为潮汐尾的模糊弧形特征，这是由两个碰撞星系之间引力角力产生的。该证据表明3C 186星系可能与另一个星系融合过，两者的中心都有一个大质量的黑洞，并最终融合了。

基于该证据，以及一些理论工作，研究者还原了这个怪兽黑洞被驱逐出星系中心的情形。两个星系融合，随后两者的黑洞转移到了新形成的椭圆星系的中心。随着黑洞相互环绕运行，引力波扩散出去。两个重型黑洞靠得越来越近，放射出引力能。如果两个黑洞的质量和转速并非一样，两者产生的引力波在某一个方向会相对更为强力。两者碰撞后，引力波的产生也随之停止。新的融合黑洞沿着最强引力波的反方向弹回，火箭般发射出去。

研究者能发现这一独特事件是很幸运的，因为并不是所有黑洞的融合都产生不平衡的引力波，将黑洞反向推出去。团队成员Colin Norman说道：“这种不对称依赖融合前的质量和自转速度等性质，因此这样的物体十分稀少。”

另一种不太可能的解释是这个明亮的类星体并不在这个星系内，而是在星系后面，只是哈勃的图像令人产生了错觉。如果是这样，研究者应该能够在这个星系的后面检测到该类星体的宿主星系。

如果研究者的还原是正确的，该观测证实超大质量的黑洞实际上也能融合。天文学家已经发现了恒星质量的黑洞碰撞的证据，但对于超大质量黑洞而言更为复杂，还未能完全理解。

研究团队希望能再次使用哈勃望远镜和阿塔卡马大型毫米/亚毫米波阵列以及其他设备，以更精确地测量黑洞和周围气体的速度，揭示更多该物体的本质。

本文译自 phys，由译者 CliffBao 基于创作共用协议(BY-NC)发布。

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