宇宙中有落單的黑洞?

■沒想到宇宙中的重力怪物也可能慘遭開除──天文學家觀測到一個遙遠、結構散亂的星系出現兩個神秘亮點,代表很可能有個超大質量黑洞被趕出老家。

浪跡天涯:主圖中的星系包含兩個亮點,都放出明亮的可見光,但其中只有一個會放出X射線(請見小圖)。會發出X射線的光源有可能是一個被逐出該星系的超大質量黑洞,比太陽重好幾百萬倍。圖片提供:NASA/CXC/SAO/F. Civanoet al./STScI/CFHT

編譯│汪芃

如果這個說法證實了,就能證明引力超強的黑洞也符合愛因斯坦的廣義相對論,也代表有些巨大的黑洞被從原本隸屬的星系甩出來,在宇宙中四處漫遊。然而美國麻州哈佛─史密松天體物理中心的學者羅拉.伯雷查(Laura Blecha)指出,這類離群索居的黑洞雖然不容小覷,但在宇宙中畢竟算是特例。

針對這個距離地球有將近四十億光年之遙的CID-42星系,伯雷查和哈佛─史密松天體物理中心的天文觀測學者芙蘭希絲卡.西凡諾(Francesca Civano)及其他同仁進行了仔細的X射線觀測。日前哈伯太空望遠鏡偵測到兩個亮度極高的可見光源,一個約位於CID-42星系的中心處,另一個則在較外圍,此後伯雷查和西凡諾的研究團隊便開始專注觀察這個區域。由於年代晚近的CID-42星系應該是兩個巨大星系相撞後殘留下來的天體,因此這兩個可見光源很可能是超大質量黑洞。

根據美國航太總署錢卓拉X射線天文台(Chandra X-ray Observatory)的觀測結果,這兩個可見光源之中,只有一個會發出X射線,這個光源距離該星系中心點大約八千光年,所釋出的高能量輻射線代表那裡有個超大質量黑洞正吞噬著周遭的氣體。

在這份研究中,伯雷查模擬了有黑洞的星系相撞的情形,並說明他們的研究成果點出兩種可能:第一,這兩個光源很可能是星系相撞、CID-42誕生時所產生的超大質量黑洞,如果是這樣,位於該星系中心點的緊密光源應該也會發出X射線,而,在宇宙中繞行的錢卓拉X射線天文台之所以觀測不到X射線,可能是因為這個黑洞被濃密的塵埃擋住,才導致無法偵測到。

第二種可能則是那個位於星系中心的光源只是一個有許多新星形成的區域,是晚近的星系併吞(galactic merger)造成的,而且確實不會發出X射線。假設是這種情形,那麼位於外圍、會發散X射線的那個光源就是唯一的黑洞,這個黑洞的質量是太陽的好幾百萬倍,而且正以每秒兩千公里的速度被驅出CID-42星系。

而這個速度確實符合不對稱的重力波所應產生的速度。重力波就是時空中的波動,根據愛因斯坦預測,當黑洞之類的極重物體加速時,便會產生重力波。而這份於6月10日發表在《天文物理期刊》(The Astrophysical Journal)的研究指出,如果一個黑洞往四周發送的重力波不對稱,黑洞就會往重力波較小的那個方向前進,且速度大得足以從原本所在的星系飛出去。

美國馬里蘭大學的理論天文物理學者柯爾.米勒(Cole Miller)指出:「在以前到現在的所有觀測結果之中,這的確最有可能是一個往後退的超大質量黑洞。」他也表示,如果這個黑洞後退的說法沒被推翻,伯雷查等人的這份研究就「能證明廣義相對論即便在引力超強的空間中也適用。」

未來的觀測計劃可繼續研究這兩個光源究竟是否都是黑洞。米勒表示,比方說如果這兩個光源都是超大質量黑洞,最後會合併在一起,那它們發出的可見光應該會隨著時間改變,演變過程短則數年,長則數十年。使用無線電波望遠鏡,就可以找到這兩個光源在CID-42星系中的確切位置,並觀測靠近中心點的那個光源是否符合超大質量黑洞的特徵,亦即放出很強的無線電訊號,或者只是一個有許多新星形成的區域。

米勒和伯雷查都表示,雖然想到宇宙中有看不見的黑洞浪子被趕出原本的星系,四處遊蕩,把所到之處都吸乾抹淨,這情境似乎很吸引人,但這類流浪的超大質量黑洞畢竟是少數。米勒說,截至目前為止,天文學家在各個大型星系的中心點都能找到黑洞,代表黑洞很少被踢到星系邊陲。然而伯雷查也表示,因為位於星系中心的超大質量黑洞會噴射出風和許多物質,影響星星成形,因此如果有黑洞離家出走,就會影響星系的演化。
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 研究出處:Do Solo Black Holes Roam the Universe?

責任編輯:Nita Hsu


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