沉睡的怪獸黑洞：臺灣旅美科學家馬中珮發現超大黑洞

沉睡的怪獸黑洞
科學Online特約編譯 柯廷龍 / 國立臺灣大學物理學系教授 王名儒 責任編輯

編譯來源：Behemoth Black Hole Found in an Unlikely Place, NASA

天文學家利用哈伯望遠鏡和位於夏威夷的雙子星望遠鏡，在太空中一個比較稀疏的區域發現了一個超大黑洞，質量有太陽170億倍大。這次的發現告訴我們這種「怪獸」物體可能比我們所想的還要常見。目前最大的黑洞的質量是太陽的210億倍，它坐落在后髮座星系團，一個擁有1000星系的星系團，新發現的黑洞只比它小一些。

美國加州大學柏克萊分校馬中佩教授，其所帶領的研究團隊發現了這個黑洞，它位於橢圓星系NGC1600的中央，附近僅有約20個星系，算是太空中一個無太大變動的死水區。馬中珮教授負責帶領大質量巡天計畫(the MASSIVE Survey) ，這項研究專注於那些最大的星系和超大質量黑洞。通常在擁擠星系團中的一個大星系內較易找到巨大黑洞，這就像是在大都會區會比在小鄉鎮容易碰到摩天大樓一樣。

馬教授指出：「在宇宙中還有很多跟NGC1600一樣大的星系坐落於ㄧ般大小的星系群中。」她說：「我們估計這些沒有那麼大的星系群，比后髮座星系團這種壯觀的星系團的數量還要多50倍，所以，現在的問題是，這個發現只是冰山一角嗎？或許還有許多的怪物黑洞不是曼哈頓的摩天大廈而是中西部平原的高樓？」

研究人員發現這個黑洞質量比原本推估的大了10倍而感到十分驚訝，因為天文學家根據之前的觀測認為黑洞質量和其星系核球質量相關，而核球 (bulge) 是指星系中央區域緊密聚集的一群恆星，核球質量越大，黑洞的質量也就越大，但是新發現到的這個黑洞質量卻遠遠大於預估值，其位置約在波江座方向距離地球2億光年遠。

一個可以解釋為何這黑洞如此巨大的理由是，在很久以前星系互動較頻繁的時候，它曾經跟別的黑洞融合。當兩個星系融合時，它們的黑洞會移動到新的星系的中央，形成雙黑洞。這兩個黑洞會在星系中間旋轉，而有些在黑洞附近的星球（根據其移動速率和航線）可以借用這相對旋轉的情形逃脫星系中央。這樣的重力互動使這兩個黑洞逐漸的融合並形成一個更大的黑洞，而這個大黑洞仍會不斷藉由吸取星系間的衝撞所產生的氣體而成長。

馬教授提道：「要變成這麼巨大的黑洞，這黑洞應該是狼吞虎嚥般地在成長階段吸取了許多的氣體，形成會發出強光的類星體 (quasar)。這可能也解釋了附近被吃剩的物質不足以形成星系，造成現在荒涼的景象。」

根據馬中珮教授形容這個黑洞現在是個「沉睡中的巨人」，她說：「我們唯一能夠偵測到這個黑洞的方式就是衡量旁邊恆星的運行速度，黑洞強烈的影響了這些恆星的速度，此類速度的測量讓我們可以推估黑洞的質量。」

研究人員藉由雙子星多物體光譜儀 (Gemini Multi-Object Spectrograph, GMOS) 做了恆星的速度測量，這個光譜儀展現了距離星系中央3000光年內的恆星的移動狀況。從光譜儀可以看出有些恆星繞著星系中央繞圈避免直接撞上黑洞，有些離星系核心較遠的恆星在朝接近直線的路徑前進時，被牽引向星系中心，這應該是雙黑洞造成的結果。

從此電腦模擬影像中我們可以看到在星系的中央有一個超大質量黑洞，中間的黑色區域代表黑洞的事件視界，在那裡，沒有任何光線可以逃出巨大黑洞的引力之手， 黑洞的強烈引力將附近的空間扭曲，就像是藉由哈哈鏡看過去一樣，在背景裡的恆星的光芒因黑洞引力的影像被拉扯而變得模糊，就好像是恆星被黑洞擦掉了一般。(Credits: NASA, ESA, and D. Coe, J. Anderson, and R. van der Marel (STScI))