天文学家追踪“叛变的”特大质量黑洞

　　图片来源：插图：CXC/M.Weiss；X射线：NASA/CXC/NRAO/D.-C. Kim; 光学：NASA/STScILee Mohon
　　特大质量黑洞通常是静止的物体，位于大多数星系的中心。 然而，科学家们最近利用NASA的钱德拉X射线天文台（Chandra X-ray Observatory）和其他望远镜的数据，捕捉到了一个可能在移动中的特大质量黑洞。
　　这个疑似“叛徒”处在一个距地球39亿光年的椭圆星系中，它的质量约为太阳的1.6亿倍。天文学家之所以对这些移动的特大质量黑洞感兴趣，是因为它们可能会更多地揭示这种神秘天体的属性。
　　当两个较小的特大质量黑洞相撞并合并形成一个更大的黑洞时，这个大黑洞可能出现科学家所说的“反冲”现象。同时，这种碰撞将产生一个单向强烈放射的引力波，而新形成的黑洞可能会受到这些引力波的反向冲击。这个冲击将把黑洞推离星系中心，就像构想图所描绘的那样。
　　冲击的强度取决于合并前两个小黑洞的旋转速度和旋转方向。 因此，通过研究黑洞的反冲速度，科学家可以了解这些重要但难以捉摸的特质。
　　天文学家通过筛选数千个星系的X射线和光学数据来发现这个冲黑洞候选者。首先，他们使用钱德拉的观测数据来挑选含有明亮X射线源、并被列为斯隆数字巡天计划（Sloan Digital Sky Survey，SDSS）一员的星系。发射明亮的X射线是迅速成长的特大质量黑洞的共同特征。
　　接下来，研究人员会查看是否哈勃太空望远镜对这些X射线明亮星系的观测结果会在光学图像的中心附近出现两个峰值。这两个峰值可能表明存在一对特大质量的黑洞，或者一个已经离开了星系中心的反冲黑洞。
　　如果满足这些衡量标准，天文学家们就会对SDSS光谱进行检测，从中可以看到可见光的数量如何随波长变化。如果研究人员在光谱中发现有特大质量黑洞存在的迹象，他们就会对这些星系进行更密切的检测。
　　经过上述一系列的搜索，合适的特大黑洞候选者便脱颖而出。插图中左图来源于哈勃的观测数据，图中星系中部附近有两个光亮点：中一个位于星系的中心，另一个位于离中心约3000光年的地方。第二个光点显示出不断增长的特大质量黑洞的特性，其位置也与钱德拉检测到的一个明亮X射线源的位置（插图中的右图）相匹配。利用SDSS和设于夏威夷的凯克望远镜(Keck telescope)得到的数据，研究团队判定这个成长中的黑洞虽然靠近星系中心，但显然已经偏离，并且和它所在的星系的移动速度不同。这些性质暗示了它可能是一个反冲中的特大质量黑洞。
　　一些证据也表明这个可能的反冲黑洞的主体星系的外部区域正遭受干扰，这表明在相对较近的时期内两个星系发生过合并。由于特大质量的黑洞合并被认为是在主体星系合并时发生的，所以这个信息为该星系中存在反冲黑洞的想法提供了支持。
　　此外，星系中恒星的形成率很高，每年新增的恒星质量是太阳的几百倍。这与计算机模拟计算的结果一致，其预测恒星的形成率可能会因为星系合并而提高，特别是那些包含反冲黑洞的星系。
　　另一种对数据可能的解释是，两个超大质量黑洞位于星系中心，但其中之一不会产生可探测的辐射，因为它的生长速度太慢。研究人员倾向于反冲黑洞的解释，但是需要更多的数据来证实。
　　一篇描述这些结果的论文最近在《天体物理学杂志》上发表，并且可在线获取。第一作者是来自弗吉尼亚州夏洛茨维尔的国家射电天文台的Dongchan Kim。 位于阿拉巴马州亨茨维尔的NASA马歇尔太空飞行中心受华盛顿的NASA科学任务局委任，管理负责的钱德拉计划。马萨诸塞州坎布里奇（Cambridge）的史密松天体物理天文台（Smithsonian Astrophysical Observatory）控制钱德拉计划的科研和飞行操作。

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