一個和銀河系一樣重的超級黑洞居然失蹤了!宇宙這個玩笑開大了

2020-12-23 騰訊網

宇宙中最大的黑洞是什麼？有多大？很多人可能都知道，那就是位於獵犬座類星體TON 618中心的特大質量黑洞，達到了660億個太陽質量，視界半徑為0.02光年，1950億公裡。如果出現在太陽系中心的話，人類發射的飛得最遠的飛行器旅行者1號現在是在225億公裡的地方，還得再過299年才能飛出視界範圍。

不過長期以來，科學家們一直認為，在離我們約27億光年的Abell2261星系團中央，一個名叫A2261-BCG的星系中心，應該存在一個質量30億到1000億倍太陽質量的超級黑洞，如果按上限來算，它才是宇宙中最大的黑洞，其質量已經和銀河系所有恆星的質量差不多一樣重了。

你當然可以想像科學家們對這個特大質量黑洞的興趣究竟有多大了，一旦找出來就可能刷新這個宇宙中最大黑洞的紀錄，幫助我們更好地理解這個宇宙。然而最近幾年來用多個最先進望遠鏡觀察的結果卻讓科學家們大吃一驚，在這個可能擁有宇宙中最大星系核的星系中心，不但沒發現1000億倍太陽質量的超級黑洞，就連30億倍的也沒有看見，更準確地說，這個星系的中心似乎根本就沒有黑洞存在的跡象，這無疑令人瞠目結舌，不知所措。宇宙在給我們開玩笑？

A2261-BCG星系後面之所以帶了BCG，是因為它是一個最亮團星系（BCG）——代表一個星系團中最明亮的一個星系。星系團由數百到數千個星系組成，其中央的星系通常是最大且異常明亮的，就像星系中的超大質量黑洞束縛恆星一樣，最亮團星系把周圍的星系束縛在引力範圍內，形成了宇宙中已知的最大引力束縛結構。

A2261-BCG是一個超巨橢圓星系，其直徑約100萬光年，大約是我們銀河系的10倍，其中心巨大明亮的核心則超過了10000光年，是已知宇宙中發現的最大星系核。按照星系質量與超級黑洞大小的關係，在這個明亮的核心中應該有一個超級巨大的超大質量黑洞，科學家們估計至少是30億倍太陽質量，甚至可能達到1000億倍太陽質量。

美國密西根大學天文學家凱漢·古爾特金（Kayhan Gultekin）領導的一個科學家團隊，一直致力於找出這個黑洞，測出它的質量等屬性。由於黑洞並不可見，所以科學家們通常通過它強大引力對周圍物質攪動產生的巨大影響來判斷它的存在，測量它的大小。

然而在用錢德拉X射線天文臺、甚大天線陣和哈勃太空望遠鏡等各種最先進設備進行仔細的觀測後，科學家們在A2261-BCG的中心卻一無所獲，那裡瀰漫的只是明亮的星光和霧氣，沒有發現任何超級黑洞攪動周圍物質發出的輻射，這個結果無疑讓科學家們目瞪口呆：宇宙中可能存在的潛在最大黑洞，竟然莫名其妙地失蹤了，宇宙最大的星系中心竟然沒有黑洞？宇宙這個玩笑也開得太大了吧。

科學家們又用錢德拉X射線天文臺對該星系中心進行了更仔細的搜索，但仍未發現任何與黑洞活動相關的X射線數據。科學家們無法對此做出解釋，但猜測了兩種可能性的存在。

一種猜測這個超級黑洞是個安靜的佛系黑洞，不食宇宙煙火味，對周圍物質不屑一顧，從不吞吃送到嘴邊的食材，或者只是小口小口地慢慢偷吃，我們現有的設備無法發現，因而看不出它的存在。

而另一種猜測則完全瘋狂，這個宇宙中潛在的最大特大質量黑洞，有可能在星系合併的時候被自己的「後坐力」踢出去了！這意味著A2261-BCG在過去某個時候和另一個星系合併時，兩個星系的超大質量黑洞也產生了合併，在它們互相靠近的過程中，引力波在某個方向產生強烈的「後坐力」，最終在相反的方向把形成的黑洞踢出了星系，不知所蹤——由於不再有物質供它吸積，它將成為宇宙中最恐怖的幽靈，沒有任何設備能夠看見，直到它偶然撞上其它天體開始吞吃的時候，我們才能看到它饕餮的大嘴。

但這種猜測有兩個無法迴避的問題，一個問題是黑洞合併的「後坐力」本來就是假設，迄今仍未被發現。另外就是最終秒差距問題，這個問題是說我們現在還不知道超大質量黑洞會不會合併，因為根據目前進行的計算機模擬，超大質量黑洞在相互靠近的過程中，會通過不斷踢出周圍物質損失的能量來讓自己的軌道衰減，但隨著越來越多的物質被踢出，它們之間的空間區域會越來越小，物質也就越來越少，當軌道衰減到大約1個秒差距（3.2光年）時，就基本沒有物質來供它們向外踢，從而讓它們再互相靠近了。

這就像兩個人坐在兩條船上，不斷有石頭從他們頭頂飛過，他們要想讓船靠在一起，就得捕捉這些石頭扔向反方向，從而讓船獲得「後坐力」越靠越攏，但隨著他們靠得越來越近，飛過的石頭也越來越少，他們就無法捕捉石頭來產生後坐力了。

在這樣的情況下軌道不再衰減，兩個超大質量黑洞就會維持在穩定的軌道上，不再發生碰撞，其時間可能長達幾十億年，甚至在宇宙時間尺度內也沒有再發生合併的可能，這就是所謂的最後秒差距問題。

如果是這樣，第二個猜測就無法成立了，那麼這個星系中心的黑洞就可能並未失蹤，它只是在虔心向佛，不再屠戮，安靜地做一名宇宙中的超級怪獸，從而低調得讓我們再也看不見了？

這項研究已被《美國天文學會》（AAS）期刊接受，現在可以在預印伺服器arXiv上查看。

論文：Chandra Observations of Abell 2261 Brightest Cluster Galaxy, a Candidate Host to a Recoiling Black Hole

相關焦點

  • 銀河系中心的超級黑洞在「眨眼睛」,科學家給出了三種解釋!
    在宇宙中大多數的星系中心都存在一個大質量的超級黑洞，我們的銀河系也同樣有一顆質量超過太陽430萬倍的黑洞——人馬座A*，天文學家在這顆大質量黑洞附近發現了很多有趣的事情，位於智利的阿塔卡瑪大型毫米及次毫米波陣列（ALMA）觀察人馬座
  • 長文讀懂2020諾貝爾物理學獎:黑洞和銀河系最黑暗的秘密
    黑洞和銀河系最黑暗的秘密三位科學家因為他們對宇宙中最奇特現象之一——黑洞的研究，而共享今年的諾貝爾物理學獎。Roger Penrose發明了巧妙的數學方法，來探索愛因斯坦的廣義相對論。他的研究揭示了廣義相對論如何預測了黑洞的形成。這些時空和空間的怪物會捕獲一切進入其中的東西。
  • 一個黑洞比一個星系還重!比超大質量黑洞還大的黑洞,真的存在嗎
    迄今為止，科學家在宇宙中發現的最大黑洞的TON 618，它的質量達到了太陽的660億倍。做一個比喻，如果太陽有一顆黃豆粒那麼重，那麼這個恐怖的黑洞就相當於大約1000艘航母！
  • 天文學家發現新宇宙巨型結構,銀河系也屬於其中的一部分!
    ，目前科學家給這個超級星系團取了個名字——南極牆(South Pole Wall)。此前這片區域正處於銀河系的背面，星系發出的光線導致科學家從未觀測銀河系背面的情況，研究人員通過星系之間相互的運動軌跡和紅移檢測，最終發現許多星系都在某個範圍內運行的奇怪現象，在這片區域由無數的星系、恆星、天體聚集成一個橫跨14億光年的高密度星系團，而且銀河系所在的處女座超星系團也是這個星系團的組成部分，只是南極牆的核心到底是什麼還存在爭議，目前提出了至少3種結果。
  • 歐洲公布銀河系大地圖,驚訝發現:地球正朝著一個黑洞前進!
    歐洲公布銀河系大地圖，驚訝發現：地球正朝著一個黑洞前進！據英國太陽報12月4日報導，俗話說得好，坐地日行八萬裡，也就是人在赤道隨著地球自轉，人本身就已每日移動4萬公裡，約合8萬裡。不僅如此，我們整個恆星系在大家長太陽帶領下，也在圍繞銀河系中心的黑洞旋轉，速度大約為220公裡/秒，如此神速也要2.5億年才能繞行一周，上次處在同一位置時，地球上還是恐龍橫行的中生代。
  • 黑洞,溫柔的殺手,科學家發現銀河系中心黑洞活在孕育新恆星
    一直以來，黑洞都是以冷面殺手的形象展現在我們的面前。它們是宇宙中的饕餮，無所不吞，連光也不放過。任何天體膽敢靠近它，都必死無疑。不過，科學家告訴我們：雖然黑洞一直被我們看作是宇宙中的殺手，但它可能也有溫柔的一面。有的時候，它反而或孕育出一些新的恆星。
  • 為什麼太陽系銀河系都是扁平漩渦狀?整個宇宙是一個更大漩渦嗎?
    當然還有一個名詞叫做銀道面，是大量環繞銀心公轉的恆星形成的銀盤面，與太陽系的黃道面是一個虛擬的平面不一樣，應道面是客觀存在的，因為大量的恆星形成了一個切切實實的盤面！為什麼太陽系或者更大的銀河系和仙女星系，都是這種扁平漩渦狀，宇宙就是由這樣的星系構成的嗎，或者在更大的尺度上會有更大的漩渦出現嗎？
  • 宇宙中生命的象徵——「白洞」,它和黑洞相反,給宇宙帶來物質
    通常情況下，以恆星為引力源的恆星星系，是宇宙中最常見的天體系統，我們可以簡單把天體系統分類為行星和衛星組成的「地月系」，行星和恆星組成的「太陽系」，以及被大型引力源（通常是黑洞）吸引的無數恆星系統組成的「銀河系」，由無數銀河系這樣大型星系組成的「總星系」，總星系遠遠不是盡頭，還存在更加宏觀的「超星系團」以及「宇宙長城」，這些巨型宇宙結構，通常要用數億光年來計算。
  • 原始黑洞或可證明「多元宇宙」理論
    在大爆炸後不久，小宇宙以黑洞的形式從大宇宙中分離。據「phys.org」網站12月28日報導，在日本東京大學卡弗裡宇宙物理和數學研究所中（Kavli IPMU），一個由粒子物理學家、宇宙學家和天文學家組成的國際研究團隊在尋找「原始黑洞」（primordial black hole，簡稱PBH）時取得了理論及觀測等多方面進展。相關研究論文刊發在《物理評論快報》雜誌中。PBH在恆星和星系形成之前就已誕生於宇宙。
  • 宇宙中各種天體中的「霸王」,最大的黑洞、最大的星系你知道嗎
    其絕對尺寸和質量未必能穩坐榜首，但是它的光環大到令人驚愕的地步。它的光環直徑可達數千萬公裡，形狀類似於土星光環一樣的扁平狀。如果把它放在土星的位置，我們肉眼看到它的光環甚至比滿月還大！最大的恆星目前發現最大的恆星是盾牌座UY，其直徑是2375828000Km，是太陽的1709倍。
  • 探索宇宙:銀河系是一個巨大的蟲洞?
    這個研究小組位於義大利的高等研究國際學校（InternationalSchoolforAdvancedStudies（SISSA）），匯集了來自印度、義大利和北美學者。根據他們的觀點，我們星系中央光暈內所含的暗物質足以產生並維持一個能在時空中通往遙遠地區的「穩定而可穿越的」捷徑——也就是蟲洞。　　蟲洞這個概念最初是由阿爾伯特·愛因斯坦和內森·羅森於1935年提出的。
  • 發現「銀河系最黑暗的秘密」,2020年諾貝爾物理學獎關注黑洞
    其中一半獎勵給羅傑·彭羅斯（Roger Penrose），因為他「發現黑洞的形成是對廣義相對論的有力預測」，另一半則授予萊因哈德·根澤爾（Reinhard Genzel）和安德裡亞·蓋茲（Andrea Ghez） ，因為他們「在銀河系的中心發現一個超大質量的緊湊物體」。獲獎者們發現了「銀河系最黑暗的秘密」。
  • 【遊俠導讀】據國外媒體報導,黑洞是宇宙中的龐然大物,可謂是...
    宇宙中迄今發現的最大質量的「超級黑洞」　　據國外媒體報導，黑洞是宇宙中的龐然大物，可謂是「怪物天體」，具有強大的引力，即便是光都無法逃離黑洞。黑洞的類型有多種多樣，一般情況下在星系中央就有一個或者多個黑洞，其質量從數百萬個太陽質量到數百億個太陽質量不等。科學家們列出了十大最為極端的黑洞，其中有最小的黑洞，也有最大的黑洞等。幾乎所有的星系中央都隱藏著一顆質量達太陽數百萬倍的黑洞。
  • 10個奇妙的銀河系奇景
    2、神秘的銀河系環美國和匈牙利的天文學家最近偶然發現了一個大得令人難以置信的結構：一個直徑為50億光年的星系環。這令人難以置信的動物園橫跨一個面積的天空是70倍的一個滿月的寬度。這個環的大小來自於觀測到的7次伽馬射線爆發（GRBs），這是宇宙中最猛烈的事件。GRBs發生在不平衡的恆星變成超真空並坍縮成黑洞的時候。
  • 銀河系簡直小的可憐,對比宇宙最大星系,銀河系只是小螞蟻
    、星雲以及各種類型的星際氣體和星際塵埃，從地球看銀河系呈環繞天空的銀白色的環帶。
  • 為什麼黑洞是宇宙中最可怕的東西?
    安德裡亞·格茲和萊茵哈德·亨澤爾共享了另一半諾貝爾物理學獎，獲獎理由是他們發現銀河系的中心是一個巨大的黑洞。黑洞尤其可怕的理由有三。如果你掉入一個恆星死亡時形成的黑洞，你將會被撕碎；同樣地，所有星系中心的超大質量黑洞仿佛永遠都是飢腸轆轆；以及，物理定律在黑洞內不再適用。克裡斯·英佩究黑洞已有30多年，尤其專注研究潛伏在星系中心的超大質量黑洞。
  • 宇宙黑洞內部的時空扭曲
    在整個銀河系，數以百萬計質量各異的黑洞在軌道上運行，它們和宇宙中其他質量的黑洞一樣，都遵循著同樣的引力規律。只是它們完全是黑色的，而不是根據表面面積和溫度發光。無論在奇點上存在什麼存在於每個黑洞的視界之後，我們都看不到它。
  • 銀河系出現聖誕樹狀的雲團?近期銀河系黑洞中的奇異事實
    2019年10月，銀河系的中心黑洞 射手座A星然變亮，它看起來像是一個巨大的休眠火山，一個沉睡的怪物。在這個時空沉睡的區域，引力是如此之強，以至於它內部的任何物質都不會逃出來。2020年6月，哈勃太空紅外望遠鏡觀測到，在大約350萬年前，銀河系黑洞爆發時顯示的巨大閃光。對於這個事件，毫無疑問，在遼闊的非洲草原上，早期的原始人都能目睹這個閃光。因為這一令人毛骨悚然的爆發所造成的閃光是如此強大，以至於像聖誕樹一樣照亮了銀河系內部的大麥哲倫星雲和與之相伴的小麥哲倫星雲。
  • 銀河系中間最亮的一團是什麼,是不是銀河系的一個大太陽?
    幾乎每一個星系的中心都是最亮的，銀河系的中心也不例外。 這是因為那裡的恆星密度非常高，幾乎是無數個像太陽這樣的恆星，擠成一團。這就是所謂的球狀星團，球狀星團的中心往往是一個大黑洞。
  • 銀河系中可能存在成千上萬顆「黑洞行星」?是否會存在生命?
    行星是指圍繞恆星旋轉，公轉方向和恆星自轉方向相同且不會發光的星體。比如太陽系的八大行星。那麼你聽說過黑洞行星嗎？宇宙中分布著超大質量黑洞有很多，在強大的引力作用下，會吞噬掉靠近它周圍的星體，也可以將若干星系堆積在一起，形成一個不停運轉的巨大的塵埃漩渦。