一个和银河系一样重的超级黑洞居然失踪了!宇宙这个玩笑开大了

宇宙中最大的黑洞是什么?有多大?很多人可能都知道,那就是位于猎犬座类星体TON618中心的特大质量黑洞,达到了660亿个太阳质量,视界半径为0.02光年,1950亿公里(www.beiken.net)。如果出现在太阳系中心的话,人类发射的飞得最远的飞行器旅行者1号现在是在225亿公里的地方,还得再过299年才能飞出视界范围。

不过长期以来,科学家们一直认为,在离我们约27亿光年的Abell2261星系团中央,一个名叫A2261-BCG的星系中心,应该存在一个质量30亿到1000亿倍太阳质量的超级黑洞,如果按上限来算,它才是宇宙中最大的黑洞,其质量已经和银河系所有恒星的质量差不多一样重了。

你当然可以想象科学家们对这个特大质量黑洞的兴趣究竟有多大了,一旦找出来就可能刷新这个宇宙中最大黑洞的纪录,帮助我们更好地理解这个宇宙。然而最近几年来用多个最先进望远镜观察的结果却让科学家们大吃一惊,在这个可能拥有宇宙中最大星系核的星系中心,不但没发现1000亿倍太阳质量的超级黑洞,就连30亿倍的也没有看见,更准确地说,这个星系的中心似乎根本就没有黑洞存在的迹象,这无疑令人瞠目结舌,不知所措。宇宙在给我们开玩笑?

A2261-BCG星系后面之所以带了BCG,是因为它是一个最亮团星系(BCG)——代表一个星系团中最明亮的一个星系。星系团由数百到数千个星系组成,其中央的星系通常是最大且异常明亮的,就像星系中的超大质量黑洞束缚恒星一样,最亮团星系把周围的星系束缚在引力范围内,形成了宇宙中已知的最大引力束缚结构。

A2261-BCG是一个超巨椭圆星系,其直径约100万光年,大约是我们银河系的10倍,其中心巨大明亮的核心则超过了10000光年,是已知宇宙中发现的最大星系核。按照星系质量与超级黑洞大小的关系,在这个明亮的核心中应该有一个超级巨大的超大质量黑洞,科学家们估计至少是30亿倍太阳质量,甚至可能达到1000亿倍太阳质量。

美国密歇根大学天文学家凯汉·古尔特金(KayhanGultekin)领导的一个科学家团队,一直致力于找出这个黑洞,测出它的质量等属性。由于黑洞并不可见,所以科学家们通常通过它强大引力对周围物质搅动产生的巨大影响来判断它的存在,测量它的大小。

然而在用钱德拉X射线天文台、甚大天线阵和哈勃太空望远镜等各种最先进设备进行仔细的观测后,科学家们在A2261-BCG的中心却一无所获,那里弥漫的只是明亮的星光和雾气,没有发现任何超级黑洞搅动周围物质发出的辐射,这个结果无疑让科学家们目瞪口呆:宇宙中可能存在的潜在最大黑洞,竟然莫名其妙地失踪了,宇宙最大的星系中心竟然没有黑洞?宇宙这个玩笑也开得太大了吧。

科学家们又用钱德拉X射线天文台对该星系中心进行了更仔细的搜索,但仍未发现任何与黑洞活动相关的X射线数据。科学家们无法对此做出解释,但猜测了两种可能性的存在。

一种猜测这个超级黑洞是个安静的佛系黑洞,不食宇宙烟火味,对周围物质不屑一顾,从不吞吃送到嘴边的食材,或者只是小口小口地慢慢偷吃,我们现有的设备无法发现,因而看不出它的存在。

而另一种猜测则完全疯狂,这个宇宙中潜在的最大特大质量黑洞,有可能在星系合并的时候被自己的“后坐力”踢出去了!这意味着A2261-BCG在过去某个时候和另一个星系合并时,两个星系的超大质量黑洞也产生了合并,在它们互相靠近的过程中,引力波在某个方向产生强烈的“后坐力”,最终在相反的方向把形成的黑洞踢出了星系,不知所踪——由于不再有物质供它吸积,它将成为宇宙中最恐怖的幽灵,没有任何设备能够看见,直到它偶然撞上其它天体开始吞吃的时候,我们才能看到它饕餮的大嘴。

但这种猜测有两个无法回避的问题,一个问题是黑洞合并的“后坐力”本来就是假设,迄今仍未被发现。另外就是最终秒差距问题,这个问题是说我们现在还不知道超大质量黑洞会不会合并,因为根据目前进行的计算机模拟,超大质量黑洞在相互靠近的过程中,会通过不断踢出周围物质损失的能量来让自己的轨道衰减,但随着越来越多的物质被踢出,它们之间的空间区域会越来越小,物质也就越来越少,当轨道衰减到大约1个秒差距(3.2光年)时,就基本没有物质来供它们向外踢,从而让它们再互相靠近了。

这就像两个人坐在两条船上,不断有石头从他们头顶飞过,他们要想让船靠在一起,就得捕捉这些石头扔向反方向,从而让船获得“后坐力”越靠越拢,但随着他们靠得越来越近,飞过的石头也越来越少,他们就无法捕捉石头来产生后坐力了。

在这样的情况下轨道不再衰减,两个超大质量黑洞就会维持在稳定的轨道上,不再发生碰撞,其时间可能长达几十亿年,甚至在宇宙时间尺度内也没有再发生合并的可能,这就是所谓的最后秒差距问题。

如果是这样,第二个猜测就无法成立了,那么这个星系中心的黑洞就可能并未失踪,它只是在虔心向佛,不再屠戮,安静地做一名宇宙中的超级怪兽,从而低调得让我们再也看不见了?

这项研究已被《美国天文学会》(AAS)期刊接受,现在可以在预印服务器arXiv上查看。

论文:ChandraObservationsofAbell2261BrightestClusterGalaxy,aCandidateHosttoaRecoilingBlackHole

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