哈勃意外發現怪獸級黑洞，質量達170億個太陽！
想像一個小鎮中，卻擠滿了100棟以上的摩天大廈。藉助美國宇航局（NASA）和歐洲空間局（ESA）合作的哈勃太空望遠鏡，天文學家在太空中發現了類似的怪獸：一個接近創紀錄的超大質量黑洞，竟然棲息在缺乏星系的宇宙死水區域！這個黑洞的質量竟然達170億個太陽，而迄今為止，超大質量黑洞都發現於周邊擠滿了其他星系的大型星系中。
這並非巧合，因為就像宇宙吃豆人遊戲，超大質量黑洞通過星系合并時吞併相對較小的黑洞而成長。在大型星系團中，這種碰碰車遊戲是極為普遍的。事實上，當前的超級黑洞紀錄保持者為210億個太陽質量，就位於離我們約3.3億光年、擁擠的后髮座星系團核心。
哈勃NICMOS拍攝的NGC 1600核心。版權：NASA、ESA。
哈勃近紅外成像和多目標光譜儀（NICMOS）拍攝的NGC 1600核心。廣域大圖來自第一代數字巡天項目（DSS），分別在藍光、紅光端成像。圖中標出了距離和視距（就是張角為幾分幾秒）的比例關係。
天文學家發現了已經近乎破紀錄的超超級黑洞，它有170億個太陽質量（作為對比，我們巨大的銀河系，其中心黑洞僅有400萬個太陽質量，譯註），卻位於不可能的所在：宇宙中人煙稀少區域的星系中心。由哈勃太空望遠鏡和夏威夷雙子北座望遠鏡協同進行的觀測指出，這種哥斯拉級超級黑洞，可能比此前想像的更普遍。
迄今為止，最大質量的超級黑洞——質量超過100億個太陽的級別，都發現於周圍擁擠著大量星系的巨型星系中心。當前的超級黑洞紀錄保持者為210億個太陽質量，就位於充斥著千餘星系、擁擠的后髮座星系團核心。
發現團隊領隊、加州大學伯克利分校天文學家馬中珮（Chung-Pei Ma，台裔，女）介紹說：「新發現的超大質量黑洞位於巨橢圓星系NGC 1600的核心，那裡是一潭死水，只有20個左右星系的小星系群」。馬中珮還是MASSIVE巡天項目的帶頭人，該項目研究本宇宙中最大質量的星系和黑洞（主要是本超星系團中，譯註）。當然，在擁擠星系團的巨型星系中發現超級黑洞是合乎預期的——就像我們在曼哈頓的摩天大樓群中穿梭，而不太可能在宇宙的邊塞小鎮中發現它。
NGC 1600 周圍的廣域大圖，星系很稀疏。其近鄰，上方為NGC 1601，左方是NGC 1603。
馬中珮接著說：「像NGC 1600這樣大小的星系，大量存在於中等尺度的星系群中。我們估計這類星系群的數量，大約是壯觀的后髮座星系團數量的50倍（所包含的星係數量，也恰好為1/50，譯註）。所以現在問題變成：『這難道僅是冰山一角？』也許更多的怪獸級並未居住於曼哈頓的摩天大廈，卻隱居在中西部平原的鄉村大屋。」
研究者同時驚訝於發現的黑洞質量，10倍於他們預計的此等星系中該有的。基於哈勃此前的黑洞巡天成果，天文學家已經發展出了超級黑洞質量與宿主星系中央核球區恆星質量間的關係式——核球越大，黑洞質量也越大。但就NGC 1600相對稀疏的核球而言，超級黑洞的質量大得像哥斯拉怪獸似的。「就極大質量的黑洞而言，這個關係式看起來無效，黑洞質量佔據了星系的一大部分，」馬中珮繼續說。
馬中珮和她的團隊發現的該超級黑洞，位於波江座方向，離地球約 2.09 億光年。團隊的研究報告發表在2016.4.6的《自然》期刊上，首席作者是馬克斯-普朗克研究院地外物理研究所的Jens Thomas。
要解釋這個黑洞的怪獸級質量，一個思路是它形成於星系合并還很頻密的極早時期。當兩個星系合并時，它們各自的中央黑洞習慣於遷移到新星系的中心，並互相繞轉。落向雙黑洞的恆星群，依據它們的速度和軌道，事實上會轉移黑洞對的角動量，並獲得足夠的速度逸出核球區。這種引力相互作用的結果使雙黑洞繞轉速度降低、加速靠近，最終合并成一個更大的黑洞。接著，它繼續通過吞噬因星系合并而大量落入核心的氣體塵埃而變得更重。「要長如此駭人的質量，超級黑洞必須經歷一個瘋狂的饕餮階段，吞食巨量的氣體，」馬中珮續道。
超級黑洞周圍的星光示意圖，連光也無法逃脫。
頻繁的吞併消耗行為可能也是NGC 1600為何只有少量星系鄰居的原因。它是其所在的小星系群的主星系，至少比周圍其餘的星系亮3倍（PDF報告中是8倍，譯註），馬中珮補充：「在其他星系群中，很少看到最亮星系和第2亮的之間有如此大的亮度裂隙。」
絕大部分的星系氣體在很早以前的黑洞吞噬階段已經消耗殆盡，那時下落的物質變成熾熱的等離子體，星系成為耀眼的類星體。馬中珮總結道：「現在，這個黑洞已經是沉睡的巨人，發現它的唯一方法是測量其周圍恆星的速度，這些恆星受到黑洞引力的強烈影響。速度測量結果能為我們提供黑洞質量的範圍估計。」
恆星運動速度測量由夏威夷莫納克亞山上8米口徑的雙子北座望遠鏡實施，它的多目標光譜儀（GMOS）通過分析光譜，能測量該星系核心區3000光年內恆星的運動速度。其中的多數恆星現在能避免與黑洞發生近距離遭遇，但某些直線離開核球的恆星，猜測可能是冒險地過於靠近黑洞對而被拋離（此處原文是twin black holes，按理雙黑洞早該合并了啊，譯註）。
哈勃圖像由近紅外相機和多目標光譜儀（NICMOS，該相機安裝於1997年，後曾故障，2002年修復）拍攝，支持雙黑洞彈出恆星的想法。NICMOS圖像顯示，NGC 1600的核心異常暗淡，表明最中央的區域，恆星稀疏。這與標準的巨橢圓星系明顯不同，它們的核心非常明亮。馬中珮團隊估計，被拋離核心區的恆星達400億個太陽質量，相當於我們整個銀河系盤面的恆星質量。
標題：Behemoth black hole found in an unlikely place
作者：馬中珮，Jens Thomas；Mathias J?ger；Donna Weaver，Ray Villard
來自：哈勃官網；
發表時間：2016.3.31
-
長按指紋 ·識別二維碼
關注NASA印象
每顆心，都是深邃宇宙
※科學家發現休眠中超級黑洞 質量是太陽210億倍！
※人類才發現了一顆質量是太陽10萬倍，最寬1.4萬億公里的黑洞
※發現宇宙最古老星系 質量為太陽1000萬億倍
※人類發現最新黑洞，質量為太陽110億倍，距離地球近得超乎想像
※美天文學家發現遠古時期超級天體，質量竟達太陽500萬億倍
※銀河系中心發現質量超過太陽10萬倍的黑洞
※宇宙「黑洞種子」首次被發現 質量為太陽10萬倍
※NASA發現一個飛奔的黑洞，質量超過太陽1.6億倍！
※銀河系驚現質量是太陽的10萬倍的黑洞
※天文學家發現超大質量恆星簇 是太陽亮度3000萬倍
※它距地3.35億光年，質量達太陽97億倍，足以吞噬整個銀河系
※澳科學家發現巨無霸黑洞 質量為太陽30億倍
※宇宙「超級水庫」，相當於100000顆太陽質量！
※澳大利亞科學家發現巨無霸黑洞！質量為太陽30億倍
※?澳大利亞科學家發現巨無霸黑洞！質量為太陽30億倍
※10大驚人事實，太陽佔據了整個太陽系99.8％的質量！
※NASA發現質量是太陽的100億倍稱之為宇宙怪物
※120億光年外的一朵「雲」質量達地球400億倍，已存在百億年
※霍金稱發現超級黑洞 質量相當於6億顆太陽