當(dāng)兩個(gè)星系碰撞合并時(shí)可以將黑洞“踢”出星系的力量有多大？

當(dāng)兩個(gè)星系碰撞合并時(shí)，星系中心的黑洞會(huì)合并，并發(fā)出引力波。天文學(xué)家推測(cè)，反沖效應(yīng)有時(shí)會(huì)將合并后的黑洞踢出星系，同時(shí)拖曳附近的恒星一起旅行。來(lái)自SRON和拉德布大學(xué)的研究人員，現(xiàn)在已經(jīng)對(duì)這些星系的樣子進(jìn)行了預(yù)測(cè)，以識(shí)別它們并證明它們的存在，其研究發(fā)現(xiàn)發(fā)表在《皇家天文學(xué)會(huì)月刊》上。天文學(xué)家認(rèn)為所有的大質(zhì)量星系都有一個(gè)中心黑洞，質(zhì)量在數(shù)百萬(wàn)到數(shù)十億個(gè)太陽(yáng)質(zhì)量之間。

矮星系核心可能存在較小的黑洞，最著名的中央黑洞是M87星系中心黑洞，并在2019年成為人類有史以來(lái)第一個(gè)拍攝到的黑洞。當(dāng)兩個(gè)星系合并時(shí)，它們的恒星大多會(huì)混合在一起而不會(huì)碰撞，但兩個(gè)中心黑洞將會(huì)合并。這種合并產(chǎn)生的引力波攜帶著極大能量，相當(dāng)于一顆質(zhì)量相當(dāng)于幾個(gè)太陽(yáng)的原子彈。你可以想象一下，如果這種能量即使稍微不對(duì)稱地輻射，也會(huì)有反方向的反沖力，就像宇航員在太空中開槍一樣。

如果反沖效應(yīng)足夠強(qiáng)，那么合并后的黑洞，就會(huì)被噴出自己所在的星系，任何受到引力約束的恒星都會(huì)被拉著一起旅行。這就是超致密星團(tuán)(HCSCs)是如何產(chǎn)生的原因，至少在理論上是這樣。來(lái)自SRON荷蘭空間研究所和拉德布大學(xué)的一組天文學(xué)家認(rèn)為，超致密星團(tuán)可能隱藏在現(xiàn)有的數(shù)據(jù)庫(kù)中，包括蓋亞望遠(yuǎn)鏡和斯隆數(shù)字天空調(diào)查的數(shù)據(jù)庫(kù)。但很快意識(shí)到，還沒有人對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)中的樣子做出任何詳細(xì)的預(yù)測(cè)。

因此，作為研究人員探索的第一步，現(xiàn)在已經(jīng)做出了預(yù)測(cè)，并將其發(fā)表在《皇家天文學(xué)會(huì)月刊》上。該團(tuán)隊(duì)包括第一作者大衛(wèi)·萊納(Davide Lena)和組長(zhǎng)彼得·容克(Peter Jonker)預(yù)測(cè)了專門為每個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)量身定做的超致密星團(tuán)顏色、圖像和光譜，還計(jì)算了星系團(tuán)在二維望遠(yuǎn)鏡圖像上的顯示方式。如果研究人員設(shè)法識(shí)別出第一個(gè)現(xiàn)實(shí)中的超致密星團(tuán)，就可以推導(dǎo)出它從兩個(gè)星系合并后的反沖中獲得的踢速度。

這已經(jīng)從對(duì)引力波的模擬中計(jì)算出來(lái)了，但這些都是基于理論，需要通過(guò)觀測(cè)來(lái)證實(shí)。一般星系外圍任何噴出的黑洞都將是一個(gè)矮星系和一個(gè)年輕星系合并的結(jié)果，在其中心有一個(gè)巨大黑洞。因此，這些合并后的黑洞應(yīng)該不會(huì)超過(guò)中等質(zhì)量；介于數(shù)十萬(wàn)到數(shù)十萬(wàn)個(gè)太陽(yáng)質(zhì)量之間。中等質(zhì)量黑洞的存在是有爭(zhēng)議的，如果真的發(fā)現(xiàn)了超致密星團(tuán)，也將同時(shí)證明中等質(zhì)量黑洞的存在。然后可以通過(guò)對(duì)超致密星團(tuán)的光譜觀測(cè)來(lái)測(cè)量黑洞質(zhì)量來(lái)證實(shí)這一點(diǎn)。

星系合并在形成大質(zhì)量黑洞方面起到了重要作用，歐空局將于2034年發(fā)射的LISA衛(wèi)星將能夠探測(cè)到這些引力波，SRON和拉德布大學(xué)等也將為建造這顆神奇的衛(wèi)星做出貢獻(xiàn)。

博科園｜研究/來(lái)自：SRON荷蘭空間研究所

研究發(fā)表期刊《皇家天文學(xué)會(huì)月刊》

DOI: 10.1093/mnras/staa1174

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