什麼東西是看不見的，重達 2000 萬個太陽，並以每秒超過 1500 公里的速度在太空中飛馳，在其身後留下一條長長的星跡？如果你猜是“一個超大質量黑洞逃離了其宿主星系”，那麼你可能是對的。至少這是由一個國際研究團隊得出的結論，他們使用世界上一些最強大的望遠鏡發現並研究了這個候選的失控黑洞。該發現詳細發表在 4 月 6 日的《天體物理學雜誌快報》上。
由於一些仍然不甚瞭解的原因，超大質量黑洞潛伏在大多數大型星系的中心，例如我們自己的銀河系。儘管它們擁有可怕的尺寸，這些神秘的巨頭通常非常惰性且容易被忽視。它們通常只在吞噬來自其宿主星系的巨大氣體和塵埃時，透過它們創造的天體煙火來暴露它們的存在。
所有這一切使得那些以某種方式“失控”的超大質量黑洞成為一種奇怪而難以捉摸的物種。它們是如何逃離其星系宿主的？當它們根本不發光時，又如何被觀測到？在過去的十年裡，天文學家僅設法識別出少數其他在星系際深處黑暗漂流的候選流浪者，但研究作者表示，這些都比不上他們新發現的這個逃脫者那樣令人信服。
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這個黑洞最初是以哈勃太空望遠鏡對球狀星團進行觀測時，一條模糊的線性條紋的形式偶然發現的。主要研究作者、耶魯大學的天文學家 Pieter van Dokkum 解釋說，這種特徵通常是宇宙射線撞擊哈勃探測器的產物。透過夏威夷莫納克亞山上的地面 W. M. 凱克天文臺的進一步觀測發現，這條條紋實際上是一條綿延 20 萬光年的年輕藍色恆星流。
Van Dokkum 說，這條恆星流是確鑿的證據。它很可能是一種宇宙凝結尾跡，是由衝入的黑洞衝擊並壓縮成恆星的氣體原料產生的。這條星流像箭頭一樣可以追溯到距離地球約 75 億光年的一個可能的源星系，該星系沒有跡象表明其核心現在存在一個正在吞噬的巨大黑洞。van Dokkum 說：“長期以來，人們一直假設每個星系都嵌入在巨大的氫氣庫中。我們認為我們正在看到黑洞加速遠離時點亮了那些氣體，讓我們難得一見這種難以捉摸的物質。”
他補充說：“從這些恆星的年齡來看，我們推斷出黑洞大約在 4000 萬年前逃脫，並以大約每秒 1600 公里的極高速度在太空中飛馳。”
這個速度讓許多專家感到興奮。“如果這是一個失控的黑洞……，它的移動速度非常快，”未參與這項研究的劍橋大學天文學教授克里斯托弗·雷諾茲說。事實上，速度如此之快，以至於任何不涉及在星系之間橫衝直撞的龐大黑洞的解釋似乎都不太可能。
即便如此，天文學家希望使用 NASA 的詹姆斯·韋伯太空望遠鏡和錢德拉 X 射線天文臺進行進一步觀測可以消除任何揮之不去的疑慮。這項研究的合著者、澳大利亞斯威本科技大學的博士候選人瑪麗亞·路易莎·布佐說：“需要更多的資料來確定這個假設。我們需要額外的資料來確認這種情況，並減少對[恆星流]特徵性質的不確定性。”埃默裡大學的天文學家艾琳·邦寧沒有參與這項工作，她對此表示贊同。“你會希望看到一個緊湊、巨大物體的直接引力效應，”她說。
這些效應對於解釋一個重達數百萬甚至數十億個太陽的物體最初是如何被踢出星系的至關重要。天文學家早就知道，大星系可以透過較小星系的碰撞和合併而生長。巨型星系也可以相互合併，迫使其各自中心的黑洞彼此靠近。“我們不太清楚接下來會發生什麼，” van Dokkum 說。“50 多年前，有人提出，有時這些黑洞可能會在事後從中心被驅逐出去，甚至被完全丟擲星系。這項觀察似乎證實了這一想法，讓我們深入瞭解宇宙中最令人敬畏的物體聚集在一起時會發生什麼。”
如果兩個黑洞被鎖定在引力舞蹈中，然後第三個黑洞衝進來，由此產生的不穩定性可能會以足夠的速度將三者中的一個丟擲去，完全退出宿主星系。另一種可能性是，不是像檯球一樣三個黑洞彼此散射，而是兩個黑洞合二為一就足夠了。“第二個通道涉及兩個黑洞合併併發出引力波，”未參與該論文的哈佛大學天體物理學家 Avi Loeb 說。“當它們衝向彼此時，在兩個黑洞質量不完全相同的一般情況下，[引力波]將具有首選方向。結果，合併的殘餘物將向相反的方向反彈，以保持動量守恆。”
超大質量黑洞究竟如何到達星系際空間可能對其留下的宿主星系產生重要影響。例如，黑洞可能會抑制或促進進一步的恆星形成爆發。因此，發現更多這樣的黑洞在宇宙中呼嘯而過，可以為研究人員提供一種強大的新工具，以瞭解更多關於星系如何誕生、成長甚至最終消亡的資訊。這個最新的候選者的奇怪之處——偶然地在哈勃影像上被發現為星狀“劃痕”——讓邦寧和其他專家懷疑，其他類似逃逸者的證據可能已經存在，只是尚未被注意到，正在其他資料集中等待被發現。
“如果這確實正在發生，並且如果這種情況足夠普遍，你可以直接去系統地搜尋這種東西，” 邦寧說。在機器學習的幫助下，挑選出明顯的條紋，未來來自 NASA 的南希·格雷斯·羅曼太空望遠鏡和地面上的維拉·C·魯賓天文臺等即將建成的設施的全景巡天或許可以揭示大量的此類物體——用邦寧的話來說，每一個都是“你看不見的乾草堆裡的針”。