我们倾向于把超大质量黑洞看作是相对静止的东西——它坐落在星系中央,而其他一切都围绕着它旋转。
但事实并非总是如此,现在天文学家有了迄今为止最好的证据证明一个超大质量黑洞不仅在宇宙中移动,而且在坐落的星系中焦灼不安游荡,虽然不清楚原因,但可能的解释确实令人兴奋。
哈佛史密森天体物理中心的天文学家多米尼克·佩斯解释说:“我们并不指望大多数超大质量黑洞会移动;它们通常只闲坐在星系的中央。”
“它们太重了,很难让它们动起来。想想看,踢保龄球比踢足球要困难得多——‘保龄球’的质量是太阳的几百万倍,这需要一个多大的踢力啊。”
在探测行动中捕捉一个绕行的超大质量黑洞绝非易事。它们只能在数百万到数十亿光年的浩瀚太空中被发现;在这样的距离下,要在整个星系中隔离一个天体的运动——即使该物体是一个超大质量的黑洞——也是一个挑战。
佩斯和他的团队认为他们可能运气好,探测到了一种叫做超脉泽的星系核,这是一种活跃的超大质量黑洞,其上有大量积聚的气体和尘埃盘,产生大量的热量和光。
对于超脉泽,在其中还有附加成分:羟基、水、甲醛和甲硫氨酸等分子,它们在微波波段放大了原子核的亮度。
利用一种称为甚长基线干涉测量法的技术,它将射电望远镜天线网络的观测结果结合起来,有效地制造出一个巨大的观测盘,可以非常精确地测量这些超脉泽的速度。
特别是通过研究水超脉泽,佩斯和他的同事们希望能够识别出任何以不同速度向周围星系移动的超大质量黑洞。
“我们问:黑洞的速度和它们所在星系的速度一样吗?”他说,“我们希望它们有相同的速度。如果它们速度不相同,那就意味着黑洞已经被扰乱了。”
研究小组仔细观察了10个超脉泽,将黑洞速度数据与整个星系的观测数据进行了比较。果然,其中9个与我们对银河系中心潜伏的超大质量黑洞的预期一致,就像蜘蛛网中的蜘蛛。
然而,其中一个表现出不同的行为。螺旋星系J+位于约2.28亿光年外,有一个质量约为太阳万倍的超大质量黑洞,它的运动速度似乎与星系其他部分有着显著的不同。
根据研究小组的分析,超大质量黑洞的速度约为每秒公里(英里)。另一方面,星系的中性氢似乎正在以每秒公里的速度后退。根据对恒星和气体运动的观测,星系内部区域的速度为每秒公里。
由于所有这些测量值之间都存在很大差异,并且星系的整个速度结构似乎非常复杂,因此很难确切说明为什么一切都在那里晃动。
有几种可能的解释。这个星系可能正在经历与另一个大质量天体的遭遇,就像另一个星系。超大质量黑洞可能与另一个超大质量黑洞相撞,产生反冲,将黑洞推离位置;这种晃动可能是星系和黑洞重新下沉。
或者黑洞可能有一个看不见的双星伴侣,这两个天体在星系核内共同围绕一个中心运行。
“尽管所有人都期望它们真的应该大量存在,但科学家们还是很难找到双星超大质量黑洞的例子。”佩斯说,“我们能在J+星系中看到的是这样一对黑洞中的一个,而另一个由于缺少脉泽发射而被我们的无线电观测所掩盖。”
如果是反冲或是双星伴星,那对天体物理学来说将是一个非同寻常的消息。关于超大质量黑洞还有许多问题没有答案,比如它们是如何变大的,以及超大质量黑洞双星是否能缩小它们之间的距离。超大质量黑洞双星和合并的证据可以帮助我们回答这些问题。
这对银河系的我们来说也是个好消息:由于距银河系合并还有数十亿年的时间,我们的超大质量黑洞人马座A*短期内产生流浪癖的可能性非常小。
研究小组希望对该星系及其奇特的核心进行更多的观察,以弄清楚其奇怪行为的原因。
这项研究已发表在《天体物理学杂志》上。