迷途的饕餮:星系黑洞可以遷移或從休眠中迅速甦醒

一項針對星系超大質量黑洞的兩項研究揭示了令人驚訝的屬性和行為

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邁阿密——來自 NASA 空間望遠鏡的觀測揭示了兩個星系中心超大質量黑洞的新奇特之處。例如,在距離我們約 5500 萬光年的超大橢圓星系 M87 中,黑洞並不在星系的質心,顯然是被某種劇烈的過程推離了中心。在距離我們僅 250 萬光年的仙女座星系(我們銀河系的近鄰)中,黑洞似乎最近——而且非常突然地——從沉睡中醒來。兩個研究小組在本週於此舉行的美國天文學會半年度會議上於週二展示了關於黑洞的發現。

佛羅里達理工學院的丹尼爾·巴切爾德和他的同事使用哈勃太空望遠鏡高階巡天照相機的高解析度影像來確定 M87 星系中心的準確位置,發現該星系的黑洞偏離中心約 22 光年。(黑洞本身雖然不可見,但相對容易探測,因為落入其中的物質會釋放出大量的輻射。)巴切爾德說:“黑洞不在它應該在的位置。”他的團隊表示,他們的發現已被接受發表在《天體物理學雜誌快報》上。

許多過程可以解釋這種位移,包括來自黑洞區域發出的明亮噴流的推力。但噴流似乎不夠強大,而且在任何情況下都可能不是單側的——也就是說,可能存在指向相反方向的反向噴流。巴切爾德說,更可能的機制是過去兩個黑洞之間的合併,這產生了引力反衝,將由此產生的黑洞(其質量約為 60 億個太陽)撞出了原位。

巴切爾德補充說,可以在其他星系中進行類似的測試,以瞭解這種現象有多普遍。“老實說,這是一種非常直接的技術,”他說。問題是,他的團隊用來觀察 M87 的哈勃儀器的高解析度通道已不再起作用,因此必須挖掘檔案資料以檢查其他黑洞是否也存在類似的偏移。

附近的仙女座星系,一個像我們銀河系一樣的旋渦星系,也有其自身的黑洞謎團。 哈佛-史密森天體物理中心的李志遠說,與銀河系中心的黑洞一樣,仙女座星系的黑洞也一直處於靜止狀態。事實上,李說,仙女座星系黑洞的 X 射線光度(質量高達 1.4 億個太陽)約為其理論最大值的十億分之一。這表明它的吸積速度相當緩慢,因為快速增長通常伴隨著來自黑洞周圍即將被吞噬的物質產生的大量 X 射線。

至少,當李和他的同事在 1999 年開始使用錢德拉 X 射線天文臺觀測仙女座星系的黑洞時,情況就是這樣。然而,在 2006 年 1 月,情況發生了變化——黑洞的 X 射線光度突然升高,爆發到大約是其典型水平的 100 倍。而且,這種爆發似乎並非資料中的僥倖——自那時以來,黑洞的活動一直徘徊在平均 X 射線光度左右,大約是 2006 年之前值的七倍。“黑洞似乎進入了一個相對活躍的階段,”李說,並補充說他和他的同事對這種現象有一個初步的解釋。以接近光速的速度間歇性噴射等離子體團,有點類似於稱為日冕物質拋射的太陽爆發,可能是罪魁禍首。

銀河系自身的超大質量黑洞,與 M87 和仙女座星系的黑洞相比,是一個相對的輕量級(只有區區四百萬個太陽質量),偶爾也會爆發。但李說,它的光度通常會恢復到爆發前的平靜水平,這使得 M87 的持久變化非常獨特。“據我們所知,這確實是超大質量黑洞表現出如此時間行為的第一個例子,”他說。

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