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天文學家發現一個流氓超大質量黑洞在太空中疾馳，在其身后留下恒星的形成
發布時間：2025-12-10 06:40:37 來源：桑間濮上網 作者：熱點
這幅藝術家的概念圖展示了一個年輕、富含恒星的發現星系核心的超大質量黑洞(中央黑點)。現在天文學家發現一個游蕩的個流SMBH在太空中旅行。Credit: NASA/JPL-Caltech
（神秘的氓超地球uux.cn）據美國物理學家組織網（by Evan Gough, Universe Today）：超大質量黑洞(SMBHs)潛伏在像我們這樣的大型星系的中心。從它們在銀河系中心的大質洞太指揮位置，它們以氣體、量黑塵埃、空中恒星和任何離得太近的疾馳東西為食，形成更大質量的其身久而久之。但是后留在極少數情況下，SMBH會被迫離開它的天文位置，像流氓SMBH一樣在太空中飛奔。學家下恒星的形成
在一篇新論文中，發現來自加拿大、個流澳大利亞和美國的研究人員提出了一個流氓SMBH撕裂太空并與環銀河介質(CGM)相互作用的證據。一路上，這個巨人在制造沖擊波，引發恒星形成。
這篇論文是“一個候選的失控超大質量黑洞，通過在其尾流中的沖擊和恒星形成來識別。”主要作者是耶魯大學天文學和物理學教授彼得·范·多庫姆。該論文可在arXiv預印本服務器上獲得，尚未通過同行評審。
如果你從未聽說過離家出走的SMBH，你并不孤單。SMBHs通常被鎖定在星系中心的某個位置，那就是它們呆的地方。但是科學家認為在極少數情況下，SMBHs可以逃離他們的星系。在他們的論文中，作者解釋了SMBH是如何被逐出宿主星系的。
它總是從星系合并開始。這導致在合并殘余的中心形成了一個雙SMBH。雙星SMBH可以存在很長時間，在合并前存活長達10億年。如果在這段時間內，第三個SMBH到達銀河系中心，那么三體相互作用可以給其中一個smbh一個速度提升，它可以被趕出銀河系。
這些來自哈勃高級巡天相機的圖像顯示了可能由流氓SMBH造成的線性特征。Credit: van Dokkum et al. 2023
但是，盡管有其理論基礎，找到這些流氓中小企業是困難的。天文學家在2021年確定了最佳候選之一，距離大約2.3億光年。作者注意到特殊的運動和速度，表明最近的破壞。但他們無法斷定他們是否看到了正在進行的星系合并、二元黑洞系統或引力波反沖事件。
天文學家認識到幾種方法，他們可以確定一個失控的SMBH。最簡單的方法是，如果這個洞作為一個活躍的星系核正在積極地吸收物質，并且可以通過它的光度來識別。“對于這樣的物體，”作者寫道，“SMBH的存在是毫無疑問的，但很難確定它們是‘裸’黑洞還是合并星系的核心。”
另一種方式是通過流氓洞拖在一起的恒星質量。當SMBH被拋出時，其巨大的引力會把一些恒星拉在一起。但是沒有AGN的亮度，昏暗使得從很遠的距離識別黑洞和它的恒星同伴變得困難。
天文學家識別潛在流氓SMBH的第三種方法是通過它對穿過它的環星系介質(CGM)中的擴散氣體的影響。
這幅作品中的圖像顯示了尾部的三個結，它們可能是最近形成的恒星。研究人員發現，這三顆恒星的金屬含量、年齡和塵埃含量都在正確的范圍內，符合大約3900萬年前離開其星系的流氓SMBH。Credit: van Dokkum et al. 2023
作者寫道:“一個失控的超大質量黑洞與CGM的相互作用可能導致其背后的激波氣體和年輕恒星的形成。”在他們的論文中，他們報告了在哈勃高級巡天相機拍攝的圖像中意外發現的線性特征，這可能是這些尾跡之一。
當SMBH穿過CGM中的電離氫時，它會產生一個激波陣面，后面拖著一條長長的尾跡。在尾跡中，受沖擊的氣體云會冷卻并形成看起來像結一樣的恒星。研究人員分析了線狀特征中的三個結，并測量了它們的年齡和金屬性。
理論和模型顯示，尾跡中形成的最年輕的恒星應該不到3000萬年。當研究人員測量他們的屬性時，他們發現這三個結都在模型設定的年齡范圍內。它們也在金屬含量和塵埃含量的范圍內。
如果宿主星系噴射出一個SMBH，這個星系應該會顯示出分裂的跡象。SMBHs的質量非常大，那么大的質量無法在不改變星系形狀的情況下穿過星系。該團隊檢查了產生流氓SMBH的星系，發現其形態被破壞了。
這張研究圖顯示了F606W和F814W星系的形態(哈勃望遠鏡)。)箭頭指示線性特征的方向。該星系是緊湊的，并顯示出不規則的特征，可能表明最近合并和/或連接到線性特征。Credit: van Dokkum et al. 2023
然而，線性特征還有另一種可能的解釋。它可能是一架黑洞噴氣機，而不是一架流氓SMBH。在適當的條件下，黑洞噴流也可以沖擊CGM中的氣體，并導致恒星的形成。“附近有兩個經過充分研究的噴流觸發恒星形成的例子，”作者說。其中一個叫做閔可夫斯基物體。
作者承認黑洞噴射解釋是一種可能性，但他們說這有太多的問題。可見的發射線不是黑洞噴流的特性，也沒有核活動的證據。形態學也有問題。“一個更嚴重的問題是，該特征的形態與噴流誘導恒星形成的模擬或觀察不匹配，”作者解釋道。
他們選定了一個失控的SMBH作為數據和觀察的最佳解釋。
他們寫道:“線條比率、顏色和整體形態與高速穿過CGM并觸發恒星形成的噴射SMBH相一致。”
這張圖片顯示了閔可夫斯基物體的兩個視圖。左邊是哈勃圖像，顯示藍色的莫。橢圓星系NGC 541位于影像的右上方。一股來自NGC 541黑洞的噴流正在為閔可夫斯基天體的恒星形成提供動力。Credit: (L) NASA, ESA, and S. Croft (Eureka Scientific Inc.); Image Processing: Gladys Kober (NASA Goddard/Catholic University of America). (R) Sloan Digital Sky Survey/H. R. M. Zovaro et al.
定位黑洞將是這一結論無可爭議的證據。“這種情況的‘確鑿證據’將是黑洞本身的明確識別，”研究人員寫道。"在圖6中，尋找它們的明顯位置是A和B . "
“這些是‘超致密恒星系統’的候選者，SMBHs被包裹在恒星和氣體中，隨它們一起逃逸，”他們解釋道。
這些觀察中的長特征是非常不尋常的，所以如果它有一個不尋常的原因就不會令人驚訝了。只有更多的觀測才能確定流氓SMBHs是否在工作，JWST可以提供它們。“更深層的數據，例如，來自JWST·NIRSPEC·IFU的數據，可能會顯示出預期的寬的、高度紅移或藍移的電離氣體發射線，這些發射線與黑洞本身有關。這些數據還可以在空間上解析A附近的流動、沖擊和恒星形成，”作者說，展望未來。
如果有一個失控的SMBHs創造了這些特征，就會有其他的。
“展望未來，HST圖像中的特征形態如此引人注目，如果它們存在的話，找到更多的例子應該不會太困難。南希·格雷斯·羅曼望遠鏡的未來數據可以用自動算法搜索，”他們解釋說。
一個脫離星系的流氓SMBH在環星系中漫游是一個迷人的現象。對于SMBHs，它們與星系成長的關系，以及它們如何融合產生引力波，我們的了解還處于初級階段。
發現它們可以被踢出它們的宿主星系增加了一層只有大自然才能想到的復雜性。
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