两个巨型黑洞的怪异行为令科学家感到惊讶

这张大图显示了仙女座星系（也称为M31）的数字化巡天光学视图。插图显示了钱德拉在仙女座中心的一个小区域的图像。左边的图像显示了2006年1月之前拍摄的Chandra图像的总和，右边的图像显示的是2006年1月份之后拍摄的图像的总和。在2006年之前，有三个X射线源清晰可见，包括一个靠近图像中心的微弱源。2006年之后，第四个源M31*出现在中心源的正下方和右侧，由落在M31中超大质量黑洞上的物质产生。

迈阿密“天文学家已经注意到两个不同星系中心的两个巨大黑洞的一些奇怪行为。

一个位于银河系附近星系中心的超大质量黑洞近年来神秘地变亮，科学家们不确定原因。另一个吞噬物质的庞然大物并不是天文学家认为的位置。

今天，在美国天文学会第216次会议上，对这些黑洞进行了两项新的研究，结果令人惊讶，有助于天文学家更多地了解星系的演化以及超大质量黑洞是如何工作的。

错误行为

在第一项研究中，仙女座星系中超大质量黑洞的不稳定、不可预测的行为让研究它的研究人员感到困惑。他们发现，在2006年1月6日爆发后，黑洞的亮度增加了100倍。

然而，在爆发后，黑洞进入了另一个相对暗淡的状态，但平均亮度仍然是2006年之前的十倍左右。这些爆发表明，相对较高的物质落入黑洞的速率，其次是较小但仍然显著的速率。

马萨诸塞州剑桥市哈佛-史密森天体物理中心的研究成员克里斯汀·琼斯说：“我们对仙女座黑洞周围发生的事情有一些想法，但事实是我们仍然不知道细节。”

自2006年以来的增亮可能是由黑洞捕获轨道恒星的风引起的，也可能是由盘旋进入黑洞的气体云引起的。

但是，爆发的最初原因仍不清楚。研究人员认为，这可能是由于能量的突然释放，比如黑洞周围圆盘中的磁场突然连接起来，变得更加强大。

CfA的研究小组成员李志远说：“弄清楚这里发生了什么很重要，因为物质对这些黑洞的吸积是控制星系进化的最基本过程之一。”

这项研究的结果表明，银河系中黑洞微弱但不稳定的行为可能是当今超大质量黑洞的典型特征。

“仙女座和银河系的黑洞都非常微弱，”李志远说。“这两个‘反类星体’为我们提供了专门的实验室来研究一些最暗类型的吸积，甚至在一个完整的黑洞上也可以看到。”（类星体是星系中非常活跃的中心，尽管围绕着中心超大质量黑洞。）

错误定位

另一个意想不到的发现是，另一项研究表明，一个以前被认为潜伏在相对较近的巨型星系M87核心的超大质量黑洞实际上并不位于星系中心。

研究人员使用哈勃太空望远镜的数据更仔细地观察了这个黑洞，发现M87星系中的超大质量黑洞实际上偏离了中心。

黑洞偏离中心位置的最可能原因是之前两个较老、较小的超大质量黑洞（SMBH）之间的碰撞。

佛罗里达理工学院的首席研究员Daniel Batcheldor说：“理论预测是，当两个黑洞合并时，新合并的黑洞会因引力波的发射而受到‘踢’，引力波会将其从星系中心转移出去。”

Batcheldor补充道：“然而，我们也发现，标志性的M87喷流可能将SMBH推离了星系中心。”

M87位于5000万光年外，有一股活跃的喷流从星系核心喷出。核心是由旋转靠近黑洞并接近光速的物质组成的，在这个过程中结合了巨大的磁场。

从这个核心区域喷出的物质可以帮助天文学家了解黑洞是如何吸引和消耗物质的。

罗切斯特理工学院的研究成员Andrew Robinson说：“这项工作最有趣的地方可能是，我们发现的可能是黑洞合并的标志，这对寻找引力波的人和建模这些系统的人来说都很有兴趣，以证明黑洞真的会合并。”

研究还发现，这种位移通常会持续很长一段时间，这可能为希望了解星系如何形成和生长的天文学家提供一个有价值的工具。

该研究的合著者、RIT物理学教授David Merritt说：“一旦启动，超大质量黑洞可能需要数百万或数十亿年才能恢复静止，尤其是在M87这样的大型扩散星系的中心。”“因此，寻找位移是限制星系合并历史的有效方法。”

喷气机，如M87中的喷气机，主要存在于一类被称为活动星系核的物体中。天文学家认为，超大质量黑洞之所以活跃，是因为两个星系之间的合并，物质落入星系中心，以及随后各自黑洞的合并。

因此，这些发现也有可能揭示活跃星系“包括遥远的、发展中的类星体星系，宇宙中最明亮的物体”是如何诞生的，以及它们的喷流是如何形成的。

大约三十年前，M87是最早被认为存在无中心黑洞的星系之一，但天文学家后来得出结论，包括我们银河系在内的大多数大星系的中心都有超大质量黑洞。

由于辐射星系与M87具有相似的性质，因此超大质量黑洞偏离宿主星系中心的情况可能比最初想象的要普遍得多。

然而，它们被偏移的程度将是非常微妙的，研究人员将不得不依靠哈勃太空望远镜（HST）的观测来探测它们。

合并问题

这些新结果也提出了关键问题，并介绍了星系合并的新研究领域。

特别是，该研究的研究人员之一、佛罗里达理工大学物理和空间科学副教授Eric Perlman说，据信我们自己的星系预计将在大约30亿年内与仙女座星系合并。

佩尔曼说：“合并的结果很可能是一个活跃的椭圆星系，类似于M87。”“我们的星系和仙女座的中心都有SMBH，所以我们的结果表明，合并后，SMBH可能会在星系核中徘徊数十亿年。”

M87超大质量黑洞的研究将在即将出版的《天体物理杂志快报》上详细介绍。