流浪黑洞的消失環節可能影響宇宙空間


宇宙中,有許多星系在巨大合併中匯聚在一起的例子,這過程歷經數十億年,在整個太空中充滿了恆星與氣體。在大多數情況下,我們知道星系如何合併,但我們不清楚超大質量黑洞,在星系核心中會發生什麼樣事。

天文學家認為兩個星系核可能合併成一個更大的黑洞,且會釋放出重力波。但星系核中,如果存在不對性,則新形成的黑洞可能從星系中消除,並受重力波影響在宇宙中產生空間縮放,且伴隨著成群的恆星。

這種超緻密恆星系統(hypercompact stellar systems)-超大質量黑洞,上面僅束縛著萬有引的恆星,逐漸消失在宇宙中。超緻密恆星系統的存在,將是令人信服的重力波反作用力的證據。目前為止始終沒找到任何東西。

但在大尺度上發生的事情,也應該在較小尺度上發生。恆星質量級黑洞可以合併,透過重力波干涉儀已經檢測到一些黑洞合併事件。當銀河系初期,其中央黑洞可能較小,與一個矮星系合併,也包含一個較小的中央黑洞的小合併。

這將在恆星質量及超質量類之間產生一個黑洞,一個中等質量黑洞,其質量是太陽質量的一百到一萬倍,並且帶有恆星,基本上是一個小的緻密恆星系統。

模擬預測,在星系光暈中(例如:銀河系)應該存在數百個流浪黑洞。荷蘭太空研究所(Stichting Ruimte Onderzoek Nederland,簡稱 SRON)和奈梅亨拉德伯德大學(Radboud Universiteit Nijmegen)的天文學家認為,超緻密恆星系統可能已經被以前的調查(如Gaia和史隆數位巡天計畫)所觀測到。但是,研究團隊想去尋找更多信息時,卻意識到目前沒有對這類超緻密恆星系統做出任何詳細預測。因此,即使它們隱含在資料中,也無計可施。

在一項新的硏究,針對這些星團進行了模擬,並對其顏色,外觀和光譜進行了詳細預測,並推估它們在望遠鏡觀測下的圖像模樣。如果它們確實被找到,而不僅是因為重力波的反作用力。在地面上,中等黑洞的證據很薄弱,它們一般被認為是黑洞的遺失環節,黑洞是很難檢測到的。雖然有些檢測暗示了它們的存在,但是目前並無定論。

荷蘭太空研究所天文學家戴維·莉娜(Davide Lena)認為是否存在中等質量黑洞尚有爭議。如果找到朝緻密恆星星團,我們將認為中等質量黑洞存在。我們可以透過對超緻密恆星星團進行光譜觀測,並測量黑洞的質量來證實它存在。我們也不知道超大質量黑洞是否可以合併,超大質量黑洞是太陽質量的百萬至數十億倍,並且有成熟的星系核心。模擬預測,當兩個超大質量黑洞繞行軌道相距一秒差距(3.2光年)時,它們軌道能量將使它們在穩定的軌道中相互擺動長達數十億年。

但我們知道,恆星質量的黑洞(太陽質量的五到一百倍間)可以合併。如果可以在銀河光暈中找到超緻密恆星系統,將表示中等質量的黑洞也可以合併。相反的,這將強烈暗示更大質量的黑洞也可以合併。

【圖:互聯網;文:節錄自台北市立天文科學教育館網頁】研究全文刊登在2020年6月2日出版的英國《皇家天文學會月報》

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