“迷你”怪物黑洞可能为巨人的成长提供线索

在一个相对较小的星系中发现一个超大质量黑洞，可以帮助天文学家解开最大黑洞是如何生长的谜团。

研究人员利用美国国家航空航天局的钱德拉X射线天文台在Mrk 462星系中发现了一个黑洞，其质量约为太阳质量的20万倍，埋在气体和尘埃中。

Mrk 462只包含数亿颗恒星，使其成为一个矮星系。相比之下，我们的银河系拥有数千亿颗恒星。这是首次在矮星系中发现被严重掩埋或“遮蔽”的超大质量黑洞。

新罕布什尔州达特茅斯学院的杰克·帕克与同样来自达特茅斯的同事瑞安·希考克斯共同领导了这项研究，他说：“462号黑洞是超大质量或怪物黑洞中最小的一个。”“众所周知，像这样的黑洞很难找到。”

在较大的星系中，天文学家经常通过寻找星系中心恒星的快速运动来发现黑洞。然而，矮星系太小太暗，目前大多数仪器都无法探测到这一点。另一种技术是寻找不断增长的黑洞的特征，例如气体被加热到数百万度，并在落入黑洞时在X射线中发光。

这项研究中的研究人员使用钱德拉观察了八个矮星系，这些星系之前从斯隆数字巡天收集的光学数据中显示出黑洞生长的迹象。在这八个黑洞中，只有462号显示出黑洞在不断增长的X射线特征。

与低能X射线相比，高能X射线的强度异常大，再加上与其他波长数据的比较，表明Mrk 462黑洞被气体严重遮蔽。

希考克斯说：“因为埋藏的黑洞比暴露的黑洞更难探测，发现这个例子可能意味着有更多的矮星系有类似的黑洞。”“这很重要，因为它可以帮助解决天体物理学中的一个主要问题：黑洞是如何在宇宙中这么早就变得这么大的？”

先前的研究表明，当宇宙年龄不到10亿年时，黑洞可以增长到10亿太阳质量，这只是其当前年龄的一小部分。一种想法是，这些巨大的物体是在大质量恒星坍塌形成黑洞时产生的，黑洞的质量只有太阳的100倍左右。然而，理论工作很难解释它们是如何迅速增加重量，达到早期宇宙中的大小的。

另一种解释是，早期宇宙在产生时孕育了含有数万太阳质量的黑洞——可能是由于巨大的气体和尘埃云的坍塌。

很大一部分拥有超大质量黑洞的矮星系支持这样一种观点，即来自最早一代恒星的小黑洞种子生长得惊人地快，形成了早期宇宙中数十亿个太阳质量的物体。一小部分会使天平倾斜，有利于黑洞开始时有数以万计太阳的重量。

这些期望之所以适用，是因为从巨云直接坍塌为中等大小黑洞所需的条件应该很少，因此预计不会有很大一部分矮星系包含超大质量黑洞。另一方面，预计每个星系都会有恒星质量的黑洞。

帕克说：“我们不能从一个例子中得出强有力的结论，但这一结果应该会鼓励人们对矮星系中埋藏的黑洞进行更广泛的搜索。”“我们对可能学到的东西感到兴奋。”

这些结果计划在盐湖城举行的美国天文学会第239次会议上公布，并作为1月10日星期一举行的虚拟新闻发布会的一部分。

美国国家航空航天局马歇尔太空飞行中心负责管理钱德拉计划。史密森天体物理天文台的钱德拉X射线中心控制着马萨诸塞州剑桥的科学操作和马萨诸塞州伯灵顿的飞行操作。