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》