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「摩天大樓」黑洞出現在宇宙的「荒郊」

天文學家新發現了一個幾乎要破紀錄的超大黑洞,它的質量等同於170億個太陽!這個黑洞不僅出乎意料的位於宇宙中的「荒郊」,也比預估的巨大。這個黑洞是由台裔天文科學家、加州大學柏克萊分校教授馬中珮領導的團隊發現,也是團隊在近五年來發現的第二個大型黑洞。

這個超大黑洞在哪裡呢?

它位於宇宙中的偏遠地區,星體數量少,距離我們 2 億光年遠的橢圓形星系 NGC 1600 中。

這個發現跌破了許多天文學家的眼鏡,他們原本認為大型黑洞只會出現在大型星系團的中心,偏偏這個大黑洞出現在這種偏遠、只有 20 幾個星系的星系團中。而說它「幾乎要破紀錄」,就代表還有比它更龐大的黑洞。目前發現最大的黑洞,質量為太陽的 210 億倍,它就是在后髮座星系團(Coma cluster) 這個相對比較大、擁擠的星系團,這個星系團就有超過 1000 個星系。

領導這次研究的加州大學柏克萊分校天文學家馬中珮說:「這次的發現就像看到一棟摩天大樓出現堪薩斯州的麥田中,而不是在大樓林立的曼哈頓。」

大黑洞特別在哪裡?

面對這個出乎意料的新發現,接下來天文學家還有得忙呢!首先,他們得調查更多星系,去看看這一個位於偏遠地區的 NGC 1600 大黑洞是特例,還是只是廣大宇宙中的冰山一角?馬中珮說,宇宙中還有不少與 NGC 1600 星系所屬的星系團相似的環境,這樣的環境甚至是后髮座星系團的 50 倍,這其中還會不會再次發現更多大型黑洞,就有待這些天文學家繼續研究了。

此外,NGC 1600 黑洞也比天文學家預期的「更大隻」。天文學家原先根據哈柏調查(Hubble Survey)對於黑洞的研究,歸納出了黑洞質量和它所在星系中央核心(galaxy’s central bulge of stars)大小成正比關係。這一次 NGC 1600 黑洞質量超級大,但它的星系中央核心卻顯得很稀疏,這個「正比關係」似乎沒有辦法應用在這個巨大的黑洞上了。

馬中珮團隊也嘗試對這超乎意料的現象提出解釋,他們認為這個大黑洞的成因,可能是因為早年兩個星系合併的結果。早期可能有兩個比較靠近的星系合併在一起,而在兩個星系中心的黑洞也越靠越近、越靠越近,直到形成一個更大型的黑洞。而且馬中珮也形容這個黑洞可能非常的「貪吃」,它在形成過程中不斷吞噬周圍的氣體,讓它自己越長越大,越來越壯。

「不過,現在它是一個『沉睡的巨人』了。」馬中珮說,大黑洞現在已經不再大量吞噬氣體。

怎麼發現這個大黑洞?

馬中珮和她所領導的 MASSIVE survey 計畫團隊,是這次發現大型黑洞的幕後功臣。

黑洞沒有辦法直接觀察到,需要透過一些間接的方式去找。以這次來說,馬中珮團隊透過位於夏威夷的雙子望遠鏡(Gemini Multi-Object Spectrograph)測量星體移動速度,他們發現這些星體明顯受到黑洞的引力,星體的移動速度也幫助團隊計算出黑洞的質量。

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位於夏威夷的雙子望遠鏡。圖/Gemini Observatory/AURA image by Manuel Paredes

他們發現在星系中心往外 3000 光年內的星體,一部份圍繞著黑洞轉,而且小心翼翼避免和黑洞太靠近;但另一部份卻直直遠離中心,這表示它們曾與黑洞靠太近以至於被黑洞的力量往外推,特別可能是發生在雙黑洞的狀況。以往拍攝的哈柏望遠鏡的影像也支持這樣的推測,他們發現 NGC 1600 星系中間的亮度,明顯比其他橢圓星系弱,這些被往外推的星體數量推測可能有 400 億個,根本就是把整個銀河系的星體都彈出去了!

資料來源:NASA

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關於作者

趙軒翎

趙軒翎

泛科學內容編輯 J 編|在「一日生科,終身科科」的年代,即使鬧家庭革命都堅持要念生科,卻在畢業之際決定走出實驗室找尋新的出路。因緣際會就這麼踏入了科學傳播領域,雖然一路跌跌撞撞,但仍相信自己可以用知識改變這個世界。