聽！銀河系中心潛伏著數千個黑洞

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銀河系中央潛伏著數百甚至上千個黑洞，相關理論研究指出，大量恆星級黑洞會在數百萬年的變遷中不斷向星系內側移動，最後聚集在一個特大質量黑洞周圍。

銀河系中央特大質量黑洞人馬座A*爆發X射線耀斑

銀河中央潛伏著數千黑洞

人馬座A*藝術概念圖

上世紀70年代以來，天文學家便認定銀河系中央存在一顆特大質量黑洞。它距地球大約2.6萬光年，處在人馬座和天蠍座之間，被稱之為「人馬座A*」。人馬座A*的直徑達到4400萬公里，質量相當於400萬個太陽，能夠產生異乎尋常的引力拖拽。

幾十年的觀測中，科學家發現絕大多數大質量星系的中央都存在特大質量黑洞。這樣的星系存在所謂的「活躍星系核」，其它星系則沒有這個特徵。最近，天文學家藉助美國宇航局的錢德拉X射線望遠鏡進行了一次觀測。他們發現的證據證明，銀河系中央附近潛伏著數百，甚至數千個黑洞。

最近刊登於《自然》雜誌的論文，研究小組闡述了他們的發現。此項研究由哥倫比亞大學天體物理學實驗室副主任、物理學教授查克·海利帶隊，成員包括智利天主教大學天體物理研究所和哈佛-史密森尼天體物理學中心的科學家。

大量X射線雙星

銀河系中央眾多的X射線源

藉助錢德拉望遠鏡的觀測數據，研究小組在人馬座A*附近搜尋含有黑洞的X射線雙星。黑洞無法在可見光條件下觀測到。不過，如果有恆星近距離環繞黑洞（或者中子星），它們會剝離恆星的物質。這些物質進入黑洞的吸積盤，被加熱到數百萬度，進而釋放出能夠被觀測到的X射線，被稱之為「X射線雙星」。

研究小組搜尋距人馬座A*不到12光年的X射線源，而後挑選出與已知X射線雙星擁有類似光譜的源頭。這些X射線源釋放出大量低能X射線。利用這種方式，他們在距離人馬座A*大約3光年的區域發現14個X射線雙星，每一個都存在恆星級黑洞質量相當於5到30個太陽。此前的研究曾發現其中兩個X射線雙星，但在隨後的分析中慘遭淘汰，餘下的12個（紅圈）都是新發現。

其它X射線源（黃色）釋放出大量高能X射線，據信是含有白矮星的雙星系統。海利和他的同事認為，此次發現的大部分X射線雙星都有可能存在黑洞，原因就在於它們的可變性以及X射線輻射不同於含有中子星的雙星系統。

引力俘獲形成雙星

黑洞雙星藝術概念圖 黑洞正在吸食伴侶的物質

由於距地球異常遙遠，在人馬座A*附近發現的含有黑洞的X射線雙星中，只有最明亮的雙星才有可能被觀測到。海利和他的同事認為銀河系中央附近的有黑洞X射線雙星遠不至此。據他們估計，人馬座A*周圍至少存在300個，甚至1000個恆星級黑洞。

這一發現證實了過去對星系內恆星動力學的理論研究。根據這些研究，大量恆星級黑洞（可達到2萬個）會在數百萬年的變遷中不斷向星系內側移動，最後聚集在一個特大質量黑洞周圍。海利等人最近進行的分析是迄今為止發現的第一個觀測證據，證明人馬座A*附近聚集著大量黑洞。

研究人員承認對於他們發現的X射線輻射，還有其它一些解釋。這些X射線源中，有一半可能是毫秒脈衝星，即快速旋轉並且擁有強磁場的中子星。但根據他們的觀測，海利等人更傾向於黑洞。哥倫比亞大學的阿勒克塞·格納佐夫進行的一項研究顯示，銀河系中心可能存在1萬到4萬個黑洞雙星。這些雙星是黑洞「引力俘獲」的結果。

引力波研究受益

黑洞合併藝術概念圖

除了進一步揭示銀河系恆星的動力學特徵，海利等人的研究對新興的引力波研究領域也有積極影響。如果能夠確定星系中央的黑洞數量，天文學家便可更準確預測與之有關的引力波事件數量。（星系會碰撞合併，形成更大的星系，黑洞也是如此。）

在此基礎上，天文學家可以創建預測模型，預測引力波事件何時以及如何發生，同時確定引力波在銀河系演化過程中扮演的角色。藉助新一代觀測設備，例如美國宇航局的詹姆斯·韋伯太空望遠鏡以及歐洲航天局的先進高能天體物理學望遠鏡（昵稱「雅典娜」）天文學家能夠準確估計銀河系中央附近究竟潛伏著多少黑洞。

來源：漫步宇宙

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