寵網(wǎng)/訊 期國(guó)際天文團(tuán)隊(duì)使用美國(guó)太空總署(NASA)的太空望遠(yuǎn)鏡證實(shí),過(guò)去觀測(cè)到一條微弱細(xì)長(zhǎng)宇宙線條,實(shí)際上是一個(gè)黑洞高速逃離母星系所留下的痕跡。研究人員認(rèn)為這項(xiàng)研究,或許能解開(kāi)黑洞是否有辦法掙脫星系重力束縛的疑問(wèn)。

美國(guó)耶魯大學(xué)(Yale University)、加拿大多倫多大學(xué)(University of Toronto)與以色列特拉維夫大學(xué)(Tel Aviv University)等機(jī)構(gòu)組成的團(tuán)隊(duì),首次確認(rèn)一個(gè)超大質(zhì)量黑洞,正以每小時(shí)200萬(wàn)英里(約360萬(wàn)公里)的驚人速度,遠(yuǎn)離它原本所在的星系。

這項(xiàng)研究成果已放到預(yù)印本服務(wù)器arXiv上,并投稿至《天體物理學(xué)雜志快報(bào)》(Astrophysical Journal)。

這個(gè)黑洞正式名稱為“RBH-1”,最早由美國(guó)耶魯大學(xué)天文學(xué)和物理學(xué)教授皮特?范?多庫(kù)姆(Pieter van Dokkum)團(tuán)隊(duì)在2023年發(fā)現(xiàn)。當(dāng)時(shí)他們?cè)诠胀h(yuǎn)鏡(HST)的一張存檔影像中,注意到一條景象十分奇特的微弱線條。

隨后,團(tuán)隊(duì)利用位于夏威夷的凱克天文臺(tái)進(jìn)行了觀測(cè)。當(dāng)時(shí)的觀測(cè)顯示,這條綿延20萬(wàn)光年(約銀河系直徑的兩倍)的奇特線狀物,其實(shí)是由一群年輕恒星組成的“尾跡”,其源頭是一個(gè)質(zhì)量相當(dāng)于2,000萬(wàn)個(gè)太陽(yáng)的黑洞。

雖然研究人員那時(shí)曾懷疑這個(gè)奇怪的物體,很可能是一個(gè)“逃逸”的黑洞,但缺乏確鑿的證據(jù)。直到研究團(tuán)隊(duì)求助于靈敏度和清晰度更好的詹姆斯?韋伯太空望遠(yuǎn)鏡(JWST),才真正確認(rèn)它是一個(gè)“逃逸”的超大質(zhì)量黑洞。

原因是JWST太空望遠(yuǎn)鏡的中紅外線儀器以前所未有的清晰度,觀測(cè)到了RBH-1黑洞在高速移動(dòng)時(shí),前緣產(chǎn)生一種名為“弓形激波”的沖擊波。

研究人員形容“弓形激波”這有點(diǎn)像船只在水中航行時(shí)推開(kāi)的波浪。只不過(guò)這艘“船”是難以直接觀測(cè)的黑洞,而“波浪”是星系的氣體被沖擊波加熱、電離后,發(fā)出的氫與氧光譜訊號(hào)。

研究團(tuán)隊(duì)表示,除了JWST太空望遠(yuǎn)鏡提供驚人的分辨率圖像外,這次的觀測(cè)結(jié)果也與哈伯望遠(yuǎn)鏡(HST)、凱克望遠(yuǎn)鏡(Keck)先前在不同波長(zhǎng)下的觀測(cè)結(jié)果完美吻合,證實(shí)了理論模型的預(yù)測(cè)。

他們認(rèn)為研究這個(gè)“逃逸”RBH-1黑洞,能讓科學(xué)家更深入了解星系和黑洞的演化過(guò)程。原因是銀河系與大多數(shù)大型星系的中心,都嵌入了超大質(zhì)量黑洞,而這些黑洞是否能掙脫星系的束縛,一直以來(lái)都是個(gè)謎。

分辨“逃逸”黑洞不容易

研究人員指出,要確認(rèn)黑洞是否真的“逃逸”極具挑戰(zhàn)性,其中距離地球大約110億光年的著名“宇宙貓頭鷹”(Cosmic Owl)星系,便是一個(gè)經(jīng)典的對(duì)照案例。該星系擁有兩個(gè)星系核與三個(gè)活躍的超大質(zhì)量黑洞,其中第三個(gè)黑洞“嵌入”在兩個(gè)星系核之間的氣體云中。

先前科學(xué)家一度懷疑它也是透過(guò)三體交互作用被踢出的“逃逸者”。然而,后續(xù)的JWST觀測(cè)卻顯示,這個(gè)黑洞很可能是在氣體云中透過(guò)直接坍縮(direct collapse)原地形成的結(jié)果,并非被彈射出來(lái)。

這反襯出此次發(fā)現(xiàn)的RBH-1黑洞的獨(dú)特性。不同于宇宙貓頭鷹的模棱兩可,RBH-1擁有清晰的弓形激波與速度梯度,是首個(gè)被確認(rèn)真正“逃逸”的超大質(zhì)量黑洞。

目前天文學(xué)主流觀點(diǎn)認(rèn)為,星系中心的超大質(zhì)量黑洞通常極難脫離。這些黑洞剝離的唯一方法需要兩個(gè)黑洞異常接近,或者有第三個(gè)黑洞介入進(jìn)行三體交互作用時(shí),復(fù)雜的重力場(chǎng)才可能將其中一個(gè)黑洞“踢出”原有位置。

對(duì)此,研究人員推測(cè)這個(gè)逃逸黑洞,甚至可能是三個(gè)質(zhì)量相當(dāng)于1,000萬(wàn)個(gè)太陽(yáng)的黑洞,相互作用產(chǎn)生的結(jié)果。

不過(guò),他們還需要對(duì)此現(xiàn)象以及其它逃脫的黑洞天體,進(jìn)行更多研究與希望能夠找到更多相似的例子。研究人員表示,目前的歐幾里德(Euclid)望遠(yuǎn)鏡與將投入使用的南希?格雷斯?羅曼(Nancy Grace Roman)太空望遠(yuǎn)鏡,很可能會(huì)揭開(kāi)這個(gè)來(lái)自黑洞的謎團(tuán)。

其主要作者、耶魯大學(xué)天文學(xué)和物理學(xué)教授皮特?范?多庫(kù)姆首次證實(shí)有“逃逸”的超大質(zhì)量黑洞。他對(duì)于觀測(cè)數(shù)據(jù)的清晰度感到驚訝,“這個(gè)物體的一切都顯示它非常特別,能親眼看到如此清晰的特征證據(jù),令我們無(wú)比欣慰。”