遙遠星系的黯淡中心，400億倍太陽質量，我們發現了什麼？

　　一個400億倍太陽質量的黑洞打破了歷史記錄。

　　（圖解：Holmberg 15A星系。圖源：NASA）

　　

　　在距離銀河系7.4億光年外住著一個「巨人」。它是來自Abell 85星系團的Holm 15A星系。Holm 15A是Abell 85星系團中最亮的星系，也是我們附近最亮的星系。但在Holm 15A的中心，這裡卻一片黑暗：該區域表面亮度很低，通常意味著兩個超大質量黑洞在此碰撞。目前，這個現象已經得到了解釋：在Holm 15A星系中心有一個絕對稱得上是超大質量的黑洞。這個黑洞的質量是太陽的400億倍，與它相比，銀河系中心的超大質量黑洞人馬座A* （只有400萬倍太陽質量）好像不值一提。事實上，這個龐然大物使銀河系附近所有黑洞都顯得微不足道。

　　（圖解：銀河系中心的超大質量黑洞人馬座A*。圖源：NASA）

　　

　　羅伯託·薩格利亞（研究作者、馬克斯·普朗克研究所研究員）對《Inverse》說道：「黑洞能夠提供近域宇宙中最直接且精確的動態探測。」 現在，一篇關於Holm 15A黑洞的研究即將發布於天文物理期刊和ArXiv的預印本上。

　　

　　星系的黯淡中心

　　這個超大黑洞的發現歸功於天文學家觀察Abell 85星系團時，注意到Holm 15A星系中心有一暗斑。這很奇怪，Holm 15A星系中恆星質量總和約為2萬億太陽質量，按道理來說，那裡應該是明亮的。「通過以往的研究，我們知道，在大型星系中，像這樣黯淡的中心通常是由兩個超大質量黑洞合併形成的。所以，當我們看到Holm 15A星系中心的低表面亮度特徵時，我們意識到，那個區域可能有一個由星系合併形成的超大質量黑洞。」 薩格利亞說。

　　（圖解：NASA錢德拉望遠鏡觀測到的Abell 85星系團。圖源：NASA）

　　

　　利用來自溫德爾斯坦天文臺的光度數據並對星系中心區域進行光譜測量，天文學家能夠看到黑洞周圍恆星的運動速度。薩格利亞說：「恆星的運動速度取決於黑洞引力的大小。由此，我們可以用牛頓定律得出黑洞的質量。」 測量結果表明，這個巨大的黑洞約佔星系總質量的2%——一個相當高的比例。

　　

　　星系的演變

　　薩格利亞提出，Holm 15A的低光度中心也讓它變得跟其他星系不同。Holm 15A可能是由兩個較小的星系合併形成的大型星系，且兩個較小星系的中心都有超大質量黑洞。隨著星系的合併，星系中心的超大質量黑洞變得越來越大，從中心擠出的恆星也越來越多，這一過程被稱作「核心衝刷」。許多恆星都會從星系中心被黑洞引力甩出。

　　（圖解：兩個星系合併。圖源：NASA）

　　

　　薩格利亞說：「Holm 15A是目前發現的最明亮、恆星質量總和最大的星系。這兩個特徵顯著得足以使天文學家對它進行遠程測量。」 但是，研究小組認為，通過研究黑洞質量和表面亮度之間的關係，他們能夠衡量更多的來自其它星系甚至更遙遠宇宙的黑洞。如果是這樣，Holm 15A星系的巨型黑洞稱霸的時間或許就不久了。

　　（圖解：在浩瀚無垠的宇宙中，科學家們或許能找到比Holm 15A中心黑洞更大的黑洞。圖源：NASA）

　　

　　科學家利用甚大望遠鏡和溫德爾斯坦天文臺的數據，基於星系核心周圍的恆星運動，對Holm 15A的黑洞進行了質量估算。果然，這些數據向我們展示了一個400億倍太陽質量的黑洞，是目前已知近域宇宙中的最大黑洞。詹斯·託馬斯（馬克斯・普朗克地外物理研究所、慕尼黑大學研究負責人）說道：「目前對黑洞質量的直接測量結果只有幾十種，在這樣遙遠的距離下進行測量也是前所未有。」

　　

　　科學家們還發現，星系內核的光線微弱。這意味著由於星系合併，處於中心的恆星可能會被擠出原來的位置。在星系碰撞時，星系中央黑洞通過引力作用，像彈弓一樣將位於中心的恆星彈飛。直到星系中心的氣體耗盡，無法形成新恆星時，星系內核就變得黯淡無光了。簡而言之，通過對星系合併的計算模擬，研究人員證實了黑洞質量與星系核心表面光度的關係。普遍情況下，星系的合併使黑洞獲得質量，而同時導致星系中心失去恆星，變得黯淡。

　　（圖解：黑洞吞噬恆星想像圖。圖源：NASA）

　　

　　研究人員認為，當無法對黑洞附近的恆星運動進行測量時，他們對星系黯淡核心的研究成果可以為計算遙遠星系的黑洞質量提供另一個選擇。

　　FY: Gogo

　　作者：Claire Cameron

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