您可能會認(rèn)為，在等于太陽質(zhì)量300萬倍的超大質(zhì)量黑洞周圍存在物體將是困難的。 但是星系J0437 + 2456確實做到了這一點。 這是怎么做到的呢？

答案可能是：另一個超大質(zhì)量黑洞的存在。

我們認(rèn)為，每個大星系中心都有一個超大質(zhì)量的黑洞，其質(zhì)量是太陽質(zhì)量的幾百萬甚至數(shù)十億倍?？偟膩碚f，我們也希望這個怪物位于星系的正中央。我們稱其為動態(tài)中心，是銀河系中所有其他物體圍繞其旋轉(zhuǎn)的點。Sgr A *確實如此，它是銀河系中心的黑洞。

在近紅外哈勃太空望遠(yuǎn)鏡的影像中看到的螺旋星系SDSS J043703.67 + 245606.8，具有一個相對于星系本身移動的中央超大質(zhì)量黑洞。圖片來源：NASA / ESA / STScI / 珍妮·格林

但每個地方都是這樣嗎？我們知道，重力較小的較小星系可能具有偏移的黑洞。但在那些情況下，黑洞通常重量較輕且更容易移動，很可能是星系與另一星系碰撞時產(chǎn)生的。這會造成重力破壞，使黑洞偏離中心。

在更大的星系中有可能嗎？為了找出答案，幾年前，一組天文學(xué)家做了一件有趣的事情。如果黑洞正在遠(yuǎn)離銀河系的中心移動，那么相對于我們，黑洞和銀河系將具有兩個不同的速度。 可以將它想像成坐公交車的乘客站起來，沿著過道向后走。如果你站在公共汽車后面，它可能會以每小時50公里的速度離開你。但由于乘客自身的運動，乘客將以每小時48公里的速度移動。

獲得星系的整體速度并不難。進行頻譜測量可以通過多普勒頻移為您提供速度，并且可以通過觀測恒星、氣體云等來實現(xiàn)。但是，您如何測量黑洞的速度？

帶吸積盤和噴嘴的黑洞

藝術(shù)家對黑洞的構(gòu)想是，物質(zhì)在吸積盤中盤旋，一團物質(zhì)從其上噴出。圖片來源：NASA / 加州理工學(xué)院

這些黑洞中有一些是活躍的，這意味著它們正在積極地吞噬材料。 該物質(zhì)在黑洞周圍形成一個圓盤，由于內(nèi)部摩擦，該圓盤變得非常熱。物質(zhì)中的一部分實際上是水蒸氣，即水分子。 物理的奇異使他們能夠像微波激射器一樣在微波中發(fā)光，這相當(dāng)于激光的微波。這些光源非常強大（在這種情況下它們被稱為超大質(zhì)量光源，非?？岵皇菃幔浚?，并且可以以非常特定的波長發(fā)射這種光。它們是如此強大，可以從數(shù)億光年的距離中被檢測到！由于這種材料在黑洞周圍盤旋，因此測量該光的多普勒頻移將為您提供黑洞本身的速度。

如果黑洞位于星系中心并且不移動，則星系和黑洞的速度將相同。他們觀察到有九個星系確實如此，但是一個名為SDSS J043703.67 + 245606.8（簡稱為J0437）的星系卻不是這樣。他們測算出了差異，卻很難確定。

快進到現(xiàn)在。該團隊的許多成員重新觀察了J0437，獲得了更好的觀察結(jié)果并使用了更精確的分析方法。他們使用巨大的Arecibo射電望遠(yuǎn)鏡（在它不幸消亡之前）觀察氫氣，使用Gemini望遠(yuǎn)鏡以及一系列稱為甚長基線干涉測量法（VLBI）的射電望遠(yuǎn)鏡觀察恒星和其他種類的氣體，精確度激增。

他們發(fā)現(xiàn)該星系確實以每秒約4860-4900公里的速度遠(yuǎn)離我們（由于宇宙的膨脹），而黑洞卻以僅4809公里/秒的速度遠(yuǎn)離我們。那比銀河系慢得多！ 換句話說，黑洞正以大約50 千米/秒的速度在銀河系內(nèi)部移動，這非?？欤貏e是考慮到其質(zhì)量為300萬太陽。

融合黑洞

藝術(shù)家描繪了兩個黑洞互相圍繞，旋轉(zhuǎn)不對齊。 圖片來源：LIGO /?加州理工學(xué)院?/ MIT /索諾馬州立大學(xué)

是什么原因造成的？三個原因：黑洞可能在具有另一個大黑洞的二元系統(tǒng)中，并且當(dāng)它繞其繞行時，我們正在看到該速度。像這樣的雙子黑洞應(yīng)該很常見，但是很難檢測到。如果真的是這種情況，那就很酷了。

第二種原因是，如果黑洞曾經(jīng)是雙子黑洞，但是兩個黑洞合并了。這釋放出大量的能量，有時能量被引導(dǎo)到一側(cè)。這就像火箭一樣，以相當(dāng)不錯的速度將黑洞推開。這也很難檢測。如果為真，則非?？帷?/p>

第三種方法是兩個星系碰撞并合并，一個星系的超大質(zhì)量黑洞朝合成星系的中心墜落。如果是這種情況，您可以預(yù)期星系本身會受到某種方式的干擾，實際上，J0437中的恒星和氣體的觀測結(jié)果似乎表明，它們在最近的宇宙歷史中的某個時期被合并擾動了。因此這種情況也是可能的。

另一方面，當(dāng)兩個星系的黑洞在中間相遇時，星系合并后也可能會出現(xiàn)二元黑洞。因此，要知道到底是什么并不容易，事實上，天文學(xué)家們還沒有就黑洞為何在星系的核心周圍徘徊而得出任何肯定的結(jié)論。

好消息是，目前表明有可能找到這樣的星系，這是尋找任性的超大質(zhì)量黑洞的可行方法。 我們希望有很多這樣的黑洞，而且知道這種情況的發(fā)生頻率將為了解星系的秘密生活提供重要線索。他們多久合并一次？這些黑洞以后會怎樣？這發(fā)生在星系中的百分比是多少？

星系已經(jīng)存在了很長時間，幾乎與宇宙本身一樣長，并且有很多歷史可供我們解開。令人高興的是，那里有數(shù)十億個星系可供研究。如此大的樣本量甚至?xí)l(fā)生罕見的怪異事情，因此，我們看的越多，發(fā)現(xiàn)的黑洞就越多。

BY: Phil Plait

FY:董美慧

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