球狀星團(tuán)中心積聚著許多黑洞

天文學(xué)家觀察了附近的球狀星團(tuán)NGC6397，發(fā)現(xiàn)它的中心可能有數(shù)十甚至數(shù)百個(gè)較小的黑洞，而不是在其核心中有單個(gè)的大黑洞。

黑洞在銀河系、恒星以及其他天體的誕生與生命中扮演著重要的角色，我們知道兩種類型的黑洞，一種是具有恒星質(zhì)量，質(zhì)量是恒星質(zhì)量的幾倍到幾十倍，當(dāng)大質(zhì)量量的恒星爆炸時(shí)產(chǎn)生；另一種是特大質(zhì)量黑洞，其質(zhì)量是其質(zhì)量是太陽(yáng)的十萬(wàn)倍到百萬(wàn)倍不等，位于宇宙中心的位置。

兩者之間的質(zhì)量相差巨大。因此天文學(xué)家認(rèn)為還有第三種黑洞，稱為中等質(zhì)量黑洞（或者IMBHs），其質(zhì)量位于100到十萬(wàn)倍太陽(yáng)的質(zhì)量之間，填補(bǔ)了中間的空缺。但問題在于，這類黑洞存在的證據(jù)非常稀少。僅能找到少部分的痕跡，包括當(dāng)他們將恒星撕碎時(shí)，當(dāng)他們逃離矮星系中心時(shí)或者甚至當(dāng)他們組成或者動(dòng)搖時(shí)空構(gòu)造時(shí)。

一個(gè)地球觀察站顯示球狀星團(tuán)NGC6397

我們可以在球狀星團(tuán)中尋找他們，這些大概有成百上千個(gè)恒星組成的星團(tuán)，通過它們之間相互的引力捆綁在一起。它們之間的距離只有十幾光年，所以非常緊密。

這意味著，在星團(tuán)中的恒星一直會(huì)與其他的恒星擦肩而過，而當(dāng)它們這樣做時(shí)，一種非常有趣的現(xiàn)象會(huì)發(fā)生：兩者中質(zhì)量大的會(huì)向星團(tuán)中心更靠近，而質(zhì)量輕的那一個(gè)就會(huì)向外移動(dòng)。循環(huán)往復(fù)多次之后，這意味著大量的大質(zhì)量恒星會(huì)聚集在星團(tuán)核心。

在星團(tuán)核心自然能夠形成一個(gè)中等質(zhì)量黑洞，一個(gè)大質(zhì)量恒星在消亡過程中會(huì)融入另外一個(gè)恒星，當(dāng)它非?？拷硪粋€(gè)恒星的核心時(shí)就會(huì)爆炸，形成一個(gè)相當(dāng)大質(zhì)量的黑洞，然后它又會(huì)在靠近其他恒星或黑洞時(shí)被吞噬，形成一個(gè)中等質(zhì)量黑洞?；蛘呖赡苁且粋€(gè)常規(guī)質(zhì)量黑洞向其中心塌陷，最終它們?nèi)诤铣蓡蝹€(gè)的中等質(zhì)量黑洞。

球狀星團(tuán)NGC6397的中心是成百上千的恒星。

另一方面，也非?？赡茉谛菆F(tuán)的核心處有非常多的更小的恒星質(zhì)量的黑洞并環(huán)繞著一些暗天體，比如白矮星和中子星，所有星體生命的終點(diǎn)是，散布到比中等質(zhì)量黑洞的體積大很多的空間里。

然而找到這實(shí)際的證據(jù)還是非常難的。其中一種方法是觀察星團(tuán)中的天體。他們都圍繞著集合的中心，如果那里有單個(gè)的黑洞，它們繞行的方式會(huì)跟那里有一個(gè)更大更復(fù)雜的小黑洞的集合有輕微的不同。

然而，這需要對(duì)星團(tuán)中的星體非常精準(zhǔn)的觀測(cè)測(cè)量，并且目前為止都是不切實(shí)際的。有兩位天文學(xué)家曾經(jīng)接受過這項(xiàng)任務(wù)。他們觀察NGC6397，天壇星的球狀星團(tuán)，這是距離地球第二近的球狀星團(tuán)，在距離地球7800光年之外，因此星體的運(yùn)動(dòng)更容易觀測(cè)。它非常放松，天文學(xué)家用這個(gè)奇怪的術(shù)語(yǔ)來(lái)描述星團(tuán)中的星體，它們有很長(zhǎng)的時(shí)間、很多的機(jī)會(huì)與彼此相互作用，這么大量的星體會(huì)向其中心坍落。他們通過哈勃空間望遠(yuǎn)鏡、蓋亞空間望遠(yuǎn)鏡和非常大的望遠(yuǎn)鏡來(lái)觀察這些星體是如何移動(dòng)，并計(jì)算它們的軌跡。

然后它們?cè)谟?jì)算機(jī)上運(yùn)行了多個(gè)數(shù)學(xué)模型來(lái)看如果在NGC6397中有一個(gè)中等質(zhì)量黑洞的話軌道是什么樣的，并與有一團(tuán)黑洞進(jìn)行對(duì)比。

他們發(fā)現(xiàn)這其中非常可能有一個(gè)中等質(zhì)量黑洞，質(zhì)量大概是500到650倍太陽(yáng)的質(zhì)量。然而他們的軌道計(jì)算數(shù)據(jù)可以印證這一結(jié)論，但是實(shí)際來(lái)說這是不太可能的，當(dāng)黑洞融合成一個(gè)大黑洞時(shí)他們會(huì)以引力波的形式爆炸出一股能量。這會(huì)像球拍一樣給將要產(chǎn)生的黑洞一個(gè)助力，給它非常大的速度。他們發(fā)現(xiàn)任何質(zhì)量小于1000倍太陽(yáng)質(zhì)量的物體都會(huì)吸收足夠的能量然后完全離開這個(gè)星團(tuán)。

球狀星團(tuán)NGC6397（左）放大后的其中心大量的黑洞的照片（右）

這就留下了一大群暗天體，使恒星按照現(xiàn)在的軌道運(yùn)行。他們的模型表明，這是一個(gè)更好的擬合。他們發(fā)現(xiàn)，大約1-2%的質(zhì)量相當(dāng)于星團(tuán)總質(zhì)量的1-2%-相當(dāng)于太陽(yáng)質(zhì)量的1000-2000倍-散布在大約半光年的球形體積上，可以解釋他們?cè)谛菆F(tuán)恒星中看到的軌道模型。

這完全符合，距離太陽(yáng)最近的星體是半人馬星座阿爾法，距離我們大概有4.37光年，但是在相同的體積內(nèi)球狀核心可以有上千顆恒星。

他們預(yù)測(cè)一半的天體都會(huì)是恒星質(zhì)量的黑洞，剩下的天體中五分之四是白矮星，五分之一是中子星。

這會(huì)使NGC6397成為恒星的墳?zāi)?，它們前身的靈魂仍然在核心中游蕩。

非?？赡苓@是許多球狀星團(tuán)的代表，但是這需要進(jìn)一步的觀察來(lái)確認(rèn)。并且這給我們留下一個(gè)奇怪的問題：我們知道中等質(zhì)量黑洞應(yīng)該存在，沒有真正的理由認(rèn)為它們不存在，但是目前的結(jié)果是找到他們非常困難。

似乎我們可以從這個(gè)名單中抓出NGC6397。令人開心的是還有整個(gè)宇宙等著我們探索，如果他真的存在，我們大概率會(huì)找到它。

BY: Phil Plait

FY: 嗜熱鏈球菌

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