成千上万个小黑洞簇拥着银河系中心的超级黑洞，这是什么概念？

银心。红圈内是X射线双星，黄圈内是其它X射线源。人马座A*位于正中间。NASA / CXC / 哥伦比亚大学

银心超大质量黑洞人马座A*发现于2013年。NASA / CXC / 斯坦福大学

银河系中心有一个超大质量黑洞。这一点，自上世纪70年代以来，就广为人知。这个黑洞距离我们大约有26000光年，在天空中的位置，大约在人马座和天蝎座之间。这个黑洞有个名字，叫人马座A*，它的直径大约有4400万公里，质量是太阳的400万倍。这个黑洞的力气大得惊人。

自那时起，天文学家在宇宙中几乎所有的大星系中心，都发现了超大质量黑洞。而最近的一个发现更是让人吃惊。哥伦比亚大学的学者们已经获得了有力的证据，证明银河系中心至少存在着几百个，甚至成千上万个黑洞。

以物理学教授Chuck Hailey为首的这批学者在钱德拉X射线太空望远镜提供的数据里，找到了许多X射线双星。这些双星都毗邻人马座A*。

黑洞不发光，因此我们在可见光波段上都看不到它们。但是如果黑洞（或中子星）附近有恒星，它就有机会从它的伴侣身上攫取物质。物质脱离伴星后会在一个围绕着黑洞的圆盘状结构中聚积起来，而且温度会变得很高。这些高温物质会释放出X射线，因此这些成双成对的能够释放出X射线的天体系统被称为X射线双星。

科研人员首先在钱德拉X射线太空望远镜的数据中寻找，看在银心黑洞附近12光年范围内，是否存在X射线源。然后在找到的X射线源中，筛选那些X射线光谱和已知X射线双星相近——亦即那些能够产生大量低能X射线的个例。

通过这个方法，他们发现在人马座A*附近大约3光年的范围内，存在着14对这样的X射线双星。这14对X射线双星中的每一对应该都包含了一个恒星级黑洞，亦即是那些质量在太阳5至30倍的黑洞。在这14对X射线双星中，有2对是此前已经被发现过的，其余12对则是前所未见的。

在此14对以外的X射线源，产生的是大量高能X射线，因此它们可能是白矮星。而以X射线辐射在几年中的变化方式来看，这十几对X射线双星中的大部分包含的应该是黑洞，因为它们拥有与中子星X射线双星不同的特点。

由于银心和我们距离遥远，因此我们看到的实际上只有这些包含黑洞的X射线双星中最明亮的一部分。所以天文学家认为，人马座A*附近实际存在的包含黑洞的X射线双星数量要多得多。据估计，银心黑洞附近可能存在的恒星级黑洞数量至少是300，多的话甚至可达成千上万。

这是银心黑洞人马座A*附近有大批黑洞聚集的首个观测证据。与此同时，这一发现也证实了一个理论，即随着时间的推移，原本分散在星系各处的大批恒星级黑洞，会逐渐向星系中心靠拢。

针对这一观测结果，也有科学家提出了不同的看法。有人认为他们看到的这些X射线双星中，有一半实际上是毫秒脉冲星——亦即那些以极高的速度自旋的、拥有强磁场的中子星。但是Hailey等人还是非常倾向于黑洞的解释。

而哥伦比亚大学另一位天文学家Aleksey Generozov主持的进一步研究结果表明，银心附近更是有可能存在着1万至4万对包含黑洞的X射线双星。Generozov认为，这些X射线双星大多可能是由黑洞俘获伴星的方式形成的。

除了在银河恒星动力学方面的贡献之外，这一发现对于引力波研究具有积极意义。知道银心附近存在多少黑洞，有助于天文学家预测我们究竟能够探测到多少与之有关的引力波事件。天文学家可以据此建立与引力波事件发生概率有关的预测模型，推断在星系演化过程中，这些事件究竟扮演着什么样的角色。

黑洞X射线双星想像图。ESO / L. Calçada

参考：

https://www.nature.com/articles/nature25029

https://arxiv.org/pdf/1804.01543.pdf