在距离我们约7.5亿光年的一个星系中,天文学家们发现了人类所见过的最大的一对超大质量黑洞。
这对黑洞的总质量是太阳质量的280亿倍。虽然肯定有个别黑洞的质量超过了这一质量,但这对黑洞 —— 潜伏在一个名为B2 0402+379的星系中 —— 代表了我们发现的最重的黑洞双星。
它们表现出一些特殊的特性,帮助天文学家弄清楚当它们聚集在一起时,这个庞然大物会发生什么。
黑洞成长为超大质量黑洞是一个神秘的过程,其不可预测性在很大程度上是未知的。
小黑洞是由大质量恒星的核坍塌形成的,这些恒星燃烧完它们的原子燃料,不再发光。这些恒星质量的黑洞可以通过相互碰撞而增长,从而产生质量巨大的物体,而不能通过核心塌缩路径形成。
一定有某种方法可以让黑洞成长到超大质量 —— 太阳质量的数百万到数十亿倍。似乎有理由认为,如果小黑洞能够碰撞并合并,那么大黑洞也应该能够碰撞合并,一系列分级合并最终产生位于每个星系核心的巨型黑洞。
但根据理论,这其中存在一个潜在的问题。双星中的黑洞通过释放轨道动量,转移到附近的气体星上,发射到未知的部分,并以引力波的形式失去,从而变得更加紧密。
随着轨道距离的缩小,它们可以释放能量的空间区域也在缩小。在大约1个秒差距(3.2光年)的距离上,不再有足够的空间来释放更多的动量,所以轨道衰变停止并稳定下来。这就是最后的秒差距问题。
根据斯坦福大学天体物理学家提斯·苏提(Tirth Surti)领导的研究小组的说法,b20402 +379可能是实际存在的最后一个秒差距问题的一个很好的例子。
研究人员对双子北望远镜上的双子多目标光谱仪(GMOS)收集的档案数据进行了仔细研究,并进行了一项新的分析,计算了嵌入B2 0402+379中心的两个黑洞的性质和行为。
他们的结果为我们提供了双星的质量 —— 280亿个太阳质量 —— 并发现这个星系本身就是一个星系团的“化石”。B2 0402+379曾经是一群星系;最终它们融合在一起,成为B2 0402+379。
双星超大质量黑洞是落在银河系中心并留在那里的黑洞团中剩下的部分。
这两个黑洞相距7.3秒差距,即24光年。这并不是最后的秒差距,也不是我们所见过的最紧密的超大质量黑洞。
但有趣的是,研究小组的分析表明,轨道衰变已经停止。这些黑洞相隔这么远,在一个稳定的轨道上运行了大约300万年。
这一发现表明,高质量可能在最后的秒差距问题中发挥作用。该团队认为,该双星之前的轨道衰变从其附近喷出了如此多的恒星,以至于现在已经没有恒星可以将轨道动量转移到其上了。目前,它们已经陷入了困境。
斯坦福大学的天体物理学家罗杰·罗曼尼(Roger Romani)说:“通常情况下,拥有较轻黑洞对的星系似乎有足够的恒星和质量来推动黑洞对快速靠近。”
“由于这对双星非常重,需要大量的恒星和气体才能完成这项工作。但这颗双星已经在中央星系中搜寻到了这种物质,使其停滞,我们可以进行研究。”
那么现在发生了什么?我们知道,不知何故,黑洞可以长得比双星的总质量还要大,但这种超大质量的庞然大物似乎相当罕见。B2 0402+379的核双星似乎是高度稳定的,没有立即失去轨道动量的手段。
它可以从另一次星系合并后的物质注入中获得正确的方向,将第三个超大质量黑洞送入该方;但组成最初星团的所有星系都已经合并形成了B2 0402+379,所以这似乎不可能。
然而,还有另一种可能性。银河系中可能有一些物质可以给这个停滞不前的联盟提供帮助。
天体物理学家提斯·苏提表示:“我们期待着对b20402 +379核心的后续调查,在那里我们将看到有多少气体存在。这应该能让我们更深入地了解超大质量黑洞最终是否会合并,或者它们是否会以双子星的形式被困住。”
这项研究发表在《天体物理学杂志》上。
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