有史以來發現的最大的黑洞之一坐落在宇宙的窮鄉僻壤，就像小鎮上高聳的摩天大樓。
天文學家們已經發現了一個超大質量黑洞，其質量是太陽的170億倍——僅比已知最重的黑洞略小，後者重達最多210億個太陽質量——位於星系NGC 1600的中心。
這是一個驚喜，因為NGC 1600位於波江座，距離地球2億光年，屬於一個平均大小的星系群，而迄今為止發現的巨型黑洞往往位於密集的星系團中。因此，研究團隊成員表示，研究人員可能不得不重新思考他們關於巨型黑洞存在地點以及宇宙中可能有多少巨型黑洞的想法。[太空最奇異的黑洞]
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“對於星系的大小或這個星系所處的環境來說，這個黑洞比我們預期的要大得多，”研究報告的合著者、加州大學伯克利分校的天文學家馬中珮說。
“這是結果中令人困惑的部分——或者說是耐人尋味的部分，”她告訴 Space.com。“可能會有更多的 NGC 1600 潛伏在更普通的地方，就像美國的小城鎮而不是曼哈頓。”馬中珮是 MASSIVE 調查的負責人，這是一項始於 2014 年的多望遠鏡工作，旨在識別和編目附近最巨大的星系和黑洞。NGC 1600 首次出現在該調查中，資料來自德克薩斯州的麥克唐納天文臺。
一項新的研究表明，星系 NGC 1600 比其同類星系更大更亮，並且擁有一個質量是太陽 170 億倍的黑洞。NGC 1600 是影像中心的大橢圓星系，也在插圖中顯示。
圖片來源：NASA、ESA、數字巡天2
雖然最初的觀測不夠詳細，無法清楚地看到星系中心的光譜，但馬中珮和她的同事們已經可以看出他們正在觀察一些非同尋常的東西：“這有點像從很遠的地方觀察颶風，”她說。“我們無法完全判斷這個颶風有多大，這個黑洞有多大，但是颶風太大了，以至於我們已經開始使用這種較粗糙的資料感受到風。”
研究團隊成員懷疑他們發現了一個非常大的黑洞，接下來使用雙子座天文臺北半球，位於夏威夷和智利的雙望遠鏡，對橢圓星系進行了研究。馬中珮說，雙子座天文臺使他們能夠探測黑洞的“影響範圍”——黑洞的質量比整個星系更具影響力的區域，它在那裡鞭策恆星運動。他們還利用 NASA 的哈勃太空望遠鏡的資料對該地點進行了探測。
她說，恆星“執行速度太快了，它們能夠以這種速度執行的唯一方法是中心有一個 170 億太陽質量的黑洞。”
起源
有史以來發現的最大的超大質量黑洞包含多達太陽質量 210 億倍的質量，並且位於一個更符合預期的位置：極其密集的后髮座星系團，該星系團包括 1000 多個已識別的星系。（為了比較，潛伏在銀河系中心的黑洞總質量約為 400 萬太陽質量。）
后髮座星系團中的黑洞位於一個被明亮同類星系包圍的星系中，但 NGC 1600 比其鄰近星系至少亮三倍。NGC 1600 的黑洞約佔其星系質量的 2%——這大約是預期星系中心黑洞質量的 10 倍。
當大質量恆星坍縮時，可能會形成小黑洞。星系中心的巨大黑洞很可能透過在早期吸收大量塵埃和碎片以及透過與其他黑洞碰撞和合並而變得如此巨大，這種情況發生在兩個星系合併時。
馬中珮說：“我們理解星系和黑洞如何成長到如此高的質量的方式來自星系的形成方式。” “通常，我們認為它們是透過新興的星系碰撞或同類相食形成的——它們碰撞在一起，就像銀河系和仙女座星系一樣：我們正在相互靠近，並且有一天我們會發生碰撞。因此，我們將形成一個更大的星系，並且前身星系的兩個獨立黑洞將結合在一起形成一個更大的黑洞。” [觀看：銀河系和仙女座星系碰撞模擬]
因此，最大的星系通常是由幾個較小的星系合併形成的，這些星系對應的黑洞也合併了。一個更擁擠的星系團似乎為形成超大黑洞創造了有利條件——但 NGC 1600 位於一個稀疏得多的區域。
馬中珮說：“如何獲得大質量的一種可能性是，也許 NGC 1600 吞噬了它的朋友。” “它吞噬了它的朋友，並且在這個過程中獲得了它們的朋友的黑洞——也許它以犧牲它的朋友為代價變得如此之大。”
這可以解釋 NGC 1600 周圍異常空曠的區域。
馬中珮說，或者，黑洞可能位於宇宙早期富含氣體的區域。
她說：“當宇宙還很年輕時，它包含大量氣體。” “也許當星系非常年輕時，它變得非常非常大。”
馬中珮補充說，如果是這樣，那麼即使從未居住在人口更稠密的地區，黑洞也可能已增長到目前的規模。
可能是雙胞胎
除了探測其位置的奧秘外，研究人員還在關注黑洞本身——或者可能是黑洞本身——的狀況。
當兩個星系合併時，它們中心的黑洞會相互環繞，越來越近，直到合併成一個。研究人員的觀測表明，NGC 1600 中心的黑洞實際上可能是兩個正在合併的黑洞，或者是一個最近合併的黑洞。
那裡的關鍵見解是，雖然星系在星光下閃耀，但中心似乎異常空曠。馬中珮說，如此大的星系通常具有相應明亮的核心。
“我喜歡這樣說，由於某種原因，恆星似乎害怕中心；它們不知何故不想靠得很近，”她說。“目前，解釋這個被掏空區域存在的最優雅的方法是雙黑洞。”
對於那些距離太遠而無法直接被拉入這樣一個系統的恆星，仍然會受到它的嚴重影響。馬中珮說，中心有兩個超大質量黑洞的系統的動力學是，靠近的恆星會繞著旋轉並向外加速，逃離系統並迫使黑洞彼此稍微靠近一點。每顆恆星的影響都很小，但隨著時間的推移，黑洞會越拉越近——並最終共存於一個環中，其中大多數附近的恆星已被拋開。
研究人員目前無法判斷該系統仍然是兩個黑洞還是已經合併為一個黑洞。但馬中珮說，NGC 1600 可能是研究引力波的科學家進行仔細研究的理想候選者：引力波將由仍在環繞和碰撞的黑洞產生，而不是由已經合併的黑洞產生。
無處不在？
哈佛大學天文學系主任 Avi Loeb 稱這項新工作是一項令人興奮的發現。
Loeb 在一封電子郵件中告訴 Space.com，“找到更多這種質量範圍的黑洞並檢查這是否是一個異常值或典型案例將很有趣。” Loeb 沒有參與這項研究。
他說：“根本問題是，哪些環境條件孕育了最大質量黑洞的生長？” “我們很想透過像這樣的未來研究來了解這個問題的答案。”
Loeb 補充說，NGC 1600 黑洞的大小使其成為事件視界望遠鏡的理想目標，事件視界望遠鏡是由世界各地九個望遠鏡組成的聯盟，它們將協同工作以拍攝黑洞影像。
研究團隊成員希望使用哈勃望遠鏡進一步研究 NGC 1600，以便更好地觀察其核心並更精確地確定黑洞的質量，他們還將繼續透過 MASSIVE 研究瞭解大型黑洞的分佈。
星系中人口稀少的區域比迄今為止發現最大黑洞的超稠密區域更為常見。因此，如果如此大的黑洞在這些區域也很常見，那麼 NGC 1600 可能只是“冰山一角”，馬中珮說。她補充說，MASSIVE 應該揭示這些龐然大物有多麼普遍，並擴充套件研究人員對這些龐然大物的理解。
“我相信我們會發現黑洞——如果我們沒有發現，那將非常非常奇怪——但問題將是……這些黑洞能有多大質量？170 億、200 億[太陽質量]是它們停止生長的地方嗎？還是可能存在我們尚未發現的更大的怪物？”
這項新工作於今天（4 月 6 日）在《自然》雜誌上線上發表。
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