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有史以來最重的一對黑洞比太陽重280億倍
在碰撞產生的「化石星系」中發現的兩個超大質量黑洞如此巨大﹐以至於它們拒絕碰撞和合併。這一發現可以解釋為什麼儘管理論上預測了超大質量黑洞合併﹐但從未在進展中觀察到它們。
超大質量黑洞系統位於橢圓星系B2 0402+379中。這兩個黑洞的總質量比太陽的質量大280億倍﹐這使其成為有史以來最大的黑洞雙星。不僅如此﹐這個系統的雙星組成部分是超大質量黑洞對中距離最近的僅相隔24光年。這是唯一一個超大質量黑洞雙星﹐其分辨率足夠詳細﹐可以分別看到這兩個物體。奇怪的是﹐雖然這兩個天體的接近程度表明它們應該碰撞併合並﹐但它們似乎已經在彼此周圍的同一軌道上運行了30多億年。
在夏威夷雙子座北望遠鏡收集的數據中發現該雙星的團隊認為超大質量黑洞因其巨大的質量而無法合併。該團隊成員﹑斯坦福大學物理學教授羅傑·羅馬尼在一份聲明中說﹕「通常情況下﹐擁有較輕黑洞對的星系似乎有足夠的恆星和質量來迅速將這兩個黑洞驅動在一起。」「由於這對太重了﹐需要大量的恆星和氣體才能完成這項工作。但雙星已經在中央星系中搜尋到了這種物質﹐使其停滯不前。」。
B2 0402+379是一個「化石星團」﹐代表了當整個星系團的恆星和氣體合併成一個大質量星系時會發生的情況。在其中心的兩個超大質量黑洞的巨大質量表明﹐當星團中的多個星系相遇併合並在一起時﹐較小黑洞之間的一系列合併產生了它們。科學家認為大多數星系的核心是一個超大質量黑洞﹐其質量相當於數百萬或數十億個太陽。沒有一顆恆星能夠坍縮產生如此巨大的黑洞﹐因此人們認為超大質量黑洞是通過連續變大和變大的黑洞之間的一連串合併而產生的。
當星系本身發生碰撞併合並時科學家們認為星系中心的超大質量黑洞會一起移動﹐形成雙星配對。當它們相互環繞時﹐這些黑洞在時空中發出稱為引力波的漣漪﹐將角動量從雙星中帶走﹐導致黑洞更緊密地環繞在一起。最終﹐當黑洞離得足夠近時﹐它們的引力將會佔據主導地位﹐黑洞會碰撞併合並﹐就像碰撞產生它們的黑洞那樣。問題是﹐一些超大質量黑洞會如此巨大以至於碰撞停止嗎﹖
為了更好地理解這個黑洞重量級系統﹐研究小組轉向雙子座北方公司的雙子座多天體攝譜儀(GSO)收集的檔案數據。這使他們能夠確定兩個超大質量黑洞附近恆星的速度﹐進而確定這些黑洞的總質量。羅馬尼補充說﹕「GMOS的出色靈敏度使我們能夠繪製出越靠近銀河系中心恆星速度越快的圖像據此﹐我們能夠推斷出那裡黑洞的總質量。」。
該系統的兩個黑洞質量如此之大以至於該團隊認為需要在其周圍有異常多的恆星才能使超大質量黑洞靠近。然而﹐隨著這種情況的發生﹐從雙星系統中濾出的能量將物質拋離了它們的附近。這使得B2 0402+379的中心缺乏足夠靠近雙星的恆星和氣體﹐無法從中汲取能量。因此﹐當這兩個超大質量黑洞接近合併前的最後階段時﹐它們朝向彼此的進展停滯不前。
該團隊的結果給出了關於星系合併後超大質量黑洞雙星形成的重要背景﹐但也支持了這種雙星的質量在阻止黑洞效仿方面不可或缺的觀點。該團隊目前不確定這兩個超大質量黑洞是否會克服這種停頓最終合併﹐或者它們是否會永久鎖定在合併的邊緣。「我們期待著對B2 0402+379核心的後續調查﹐我們將看看那裡有多少氣體存在﹐」研究的主要作者和斯坦福大學本科生蒂爾思·蘇爾蒂說這應該會讓我們更深入地瞭解超大質量黑洞是否最終會合併﹐或者它們是否會作為雙星滯留在一起。」。
停止這種超大質量對峙的一種方式是﹐如果另一個星系與B2 0402+379合併﹐從而將更多的恆星﹑氣體和另一個超大質量黑洞扔進混合物中﹐打破這種微妙的平衡。然而﹐B2 0402+379是一個數十億年來從未受到干擾的化石星系﹐這一事實使這種情況成為可能。
這項研究確定的一件事是來自雙子座北望遠鏡的檔案數據對天文學家有多有用。雙子座北望遠鏡與位於智利安第斯山脈一座山上的雙子座南望遠鏡配對﹐組成了國際雙子座天文台。國家科學基金會國際雙子座天文台項目主任馬丁·斯蒂爾說﹕「為國際雙子座天文台服務的數據檔案擁有一座尚未開發的科學發現的金礦。」「對這個極端超大質量二元黑洞的質量測量是一個令人敬畏的例子﹐表明探索這一豐富檔案的新研究的潛在影響。」。
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