新发现 | 流浪黑洞

　　通常情况下，在大型星系的中心都包含着一个超大质量黑洞——质量为太阳质量的数百万倍，甚至是数十亿倍。比如下图所显示的是银河系中心的黑洞SgrA*，质量约为太阳的 400 万倍。每当有物质被黑洞吞噬时，它就会释放出明亮的、可被探测到的X射线。

X射线: NASA/UMASS/D.WANG ET AL.，红外: NASA/STSCI

　　另一个大家所熟悉的超大质量黑洞是位于M87中心的黑洞 Powehi。所有人都记住了那个酷似”甜甜圈“模样的它，但在不同的波段下，天文学家可以看到它的很多面。下图上方显示的是由哈勃太空望远镜拍摄的 M87 的光学图像，左下方是来自 NRAO 的射电图像，右下方是来自钱德拉望远镜的X射线图像。可以看出，黑洞周围是非常活跃的，不同的物理过程会释放出不同的辐射。

光学：HST/NASA/WIKISKY；射电：NRAO/VLA；X射线：NASA/CHANDRA

　　除了这些大型星系之外，宇宙中还存在着大量的矮星系。这些矮星系的质量不到银河系的百分之一，它们也包含着大质量黑洞——其平均质量约为太阳的 40 万倍。

正在形成恒星的矮星系 UGC 5340，这可能是由它与另一个星系（图中没有显示）之间的引力相互作用所造成的结果。引力作用经常触发新的恒星形成过程，导致内部气体云的坍缩。 图片来源：NASA/ESA/The Legus Team

　　2011 年，天文学家在距离地球 3000 万光年远的星系 Henize 2-10 中发现了第一个这样的黑洞。这一意外的发现激起了一番搜寻热潮，目前已经发现了 100 多个矮星系拥有这样的黑洞。

Henize 2-10 是一个矮星爆星系，有大量的恒星正在形成。 图片来源：NASA/NRAO

　　在一项新的研究中，Amy Reines等人使用甚大阵（VLA）进行了一次矮星系大搜索。他们先从 NASA 的斯隆图集中选择了一个星系样本，这是一个可见光波段下的星系汇编。他们选择了质量小于 30 亿倍太阳质量的星系。从这个样本中，他们选择了同样出现在 1993 年至 2011 年间 NRAO 国家射电天文台的 FIRST 星表中的候选星系，然后利用 VLA 对选定的 111 个星系拍摄了新的分辨率更高的图像。最新的 VLA 观测显示，其中 13 个矮星系中含有一个正在吞噬周围物质的巨大黑洞。

VLA 观测到的星系图像，其中都包含了大质量黑洞。中间的插图是一副艺术构想图，勾勒了围绕着黑洞的吸积盘和向外喷射的喷流。 图片来源：Sophia Dagnello/NRAO/Decals Survey/CTIO

　　而更令人惊讶的是，在这 13 个矮星系中，其中有 6 个黑洞明显不位于星系的中心。这一点有别于一些更大星系中的情况。

在 VLA 所拍摄的 111 个候选星系中，其中有 13 个包含着一个活跃的大质量黑洞。 图片来源：A. E. Reines et. al.  

　　为什么会这样？原因很简单：在那些”安静“的星系中，黑洞会位于它们的中心；而在那些正在合并，或正发生相互作用的星系中，黑洞则会有偏离中心。

　　Reines 表示，这项研究告诉我们，若要在矮星系中寻找大质量黑洞，我们必须扩大搜寻范围，不能局限在星系中心，这样才能更全面地了解这些黑洞的数量，并了解是什么机制帮助形成了早期宇宙中的最早一批大质量黑洞。

在这个矮星系中，存在着一个质量比恒星系统大得多，但比超大质量黑洞轻得多的大质量黑洞。这颗黑洞并不位于星系中心，这种现象只出现在形状不规则的矮星系中，它很可能代表近期的一次合并事件所产生的结果。 图片来源：Sophia Dagnello/NRAO/AUI/NSF

　　或许当这些合并或相互作用的过程全部完成之后，这些黑洞也许最终会终止“流浪”，回到星系的中心位置。