黑洞會棄船逃逸,漫遊到其他星系嗎?如果真是這樣,那麼一個名為 NGC 1277 的星系核心可能就藏匿著一個逃犯。2012 年,天文學家在它的中心發現了一個超大質量黑洞,質量相當於 170 億個太陽——是已知質量最大的黑洞。通常,如此巨大的黑洞應該存在於更大的星系中,這表明 NGC 1277 的過去有些不尋常。兩位天文學家有一個想法:如果這個黑洞是在數十億年前的星系碰撞中被噴射出來後被捕獲的呢?
事實上,這個黑洞可能來自一個更大的附近星系。數十億年前,兩個星系——每個星系的核心都攜帶一個黑洞——猛烈碰撞,形成了名為 NGC 1275 的巨大星系。在碰撞過程中,中心黑洞螺旋式地合併,然後反衝到星系際空間。這個新形成的無家可歸的黑洞在英仙座星系團中游蕩,直到 NGC 1277 足夠靠近,並在引力上將其捕獲。“這只是推測,但這是一個有趣的故事,”德克薩斯大學奧斯汀分校的天文學家 Gregory Shields 說,他是《天體物理學雜誌快報》上提出這一情景的論文的主要作者。“你不需要發明任何新的物理學。你只需要幸運地遇到較小的星系。”
計算機模擬表明,當兩個黑洞合併時,引力能量的不均勻輻射會給產生的黑洞一個“踢力”。在星系中心發現的超大質量黑洞的情況下,這種“踢力”可以以高達每秒 5,000 公里的速度發射合併後的黑洞——速度足以使其離開宿主星系。
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受這些模擬的啟發,Shields 開始與加拿大 Quest 大學的天體物理學家 Erin Bonning 合作,尋找孤立的黑洞。“我們研究了這樣一種可能性,即當黑洞像這樣被噴射出來時,它可能會拖著一個長長的氣體盤,並在飛出原始星系的同時繼續以氣體為食。” 黑洞和氣體的結合體將形成一個自由漂浮的類星體:一個由超熱氣體圍繞巨大黑洞螺旋運動驅動的明亮輻射引擎。
儘管他們尚未發現任何在星系之間遊蕩的類星體,但這個想法從未消失。“這是一個非常迷人的過程,你不得不一直思考它,”Shields 說。當 2012 年宣佈在 NGC 1277 中發現一個超大黑洞時,Shields 注意到了。“當我讀到那篇文章時,我立刻想到[這個黑洞]是在一個更大的星系中形成的,然後被踢出來的。”
卡爾·格布哈特,另一位德克薩斯大學奧斯汀分校的天體物理學家,也是 NGC 1277 黑洞的共同發現者,對此持懷疑態度:“這是一個非常有趣的想法……但這需要很多運氣。” 為了讓 Shields 的情景奏效,需要發生三件事:黑洞合併,從另一個星系(NGC 1275)中踢出,然後被 NGC 1277 捕獲。這些事件中的每一個單獨發生的機率都很低。但在浩瀚的宇宙中,即使是不太可能發生的事情也會不時發生。“這個星系很奇怪,”格布哈特說,“所以一個可能的解釋也很奇怪可能並不令人驚訝。”
弄清楚到底有多奇怪需要觀察許多其他星系。“如果沒有任何其他星系擁有如此巨大的黑洞,”格布哈特解釋說,“那麼一個機率非常低的事件可能是一個有效的解釋。” 然而,如果事實證明超大黑洞並沒有那麼不尋常,那麼肯定還有其他原因。 NGC 1277 可能曾經是一個更大的星系,並且在一次近距離碰撞中被剝離了許多恆星和大量氣體。或者,黑洞可能從一個大型星系中射出,並拖走了該星系的核心。然而,天文學家能想到的每一種情景都始於黑洞起源於一個更大的星系。
弄清楚巨大的黑洞來自哪裡可能有助於瞭解星系是如何演化的。天文學家早就知道,超大質量黑洞及其宿主星系相互影響。隨著星系透過連續碰撞而形成,黑洞也在增長。一個巨大的黑洞可以透過吸入原本會用於形成新恆星的氣體而發光成為類星體。然後,氣體沿著數千光年長的噴流噴射出來,切斷星系的恆星形成。“人們正在看到黑洞、它作為類星體釋放的能量以及星系自身持續演化之間的共生關係,這是一種可以產生重大雙向影響的夥伴關係,”Shields 說。“因此,我們想了解黑洞是如何在星系中產生的。”