那些越長越大的特大質量黑洞會把宇宙吃掉嗎？

文：娟娟

根據新研究，那些特大黑洞的生長速度要快於它們所在星系的生長速度。

兩個互相獨立的研究團隊開展的研究發現，特大質量黑洞實際上比天文學家根據其周圍環境計算出來的還要大。

特大質量黑洞（supermassive black hole），顧名思義，就是質量特別特別大的黑洞。它的質量到底有多大？——從幾十萬倍太陽質量到數以億計倍的太陽質量不等。在目前已知的所有巨大星系中心，幾乎都存在著特大質量黑洞。在我們的銀河系中心，也盤踞著一個特大質量黑洞，被稱為「人馬座A *」（Sagittarius A*），其質量約為太陽的400萬倍，位於人馬座的方向，距離地球約26000光年遠。

圖：在x射線光下，可以在武仙座A星系中心看見一片巨大的紫色的雲 。物質落入該星系中心的特大質量黑洞時所產生的能量將這片雲加熱到數百萬度的高溫。該黑洞的質量是銀河系中央黑洞質量的1000倍。　　Credit: NASA/CXC/SAO, Optical: NASA/STScI, Radio: NSF/NRAO/VLA

近期的一項新研究發現，與星系的恆星誕生率相比，星系越大，其特大質量黑洞的生長速度越快。另一項研究則發現，星系中央黑洞的質量10倍於根據其宿主星系的生長速度計算出的質量。

天文學家之所以研究特大質量黑洞與其宿主星系之間的關係，或許主要是因為以下兩個原因：首先，如果能夠基於其中一個計算出另一個的大小，那麼就可以在不能直接測量的情況下，確定黑洞的質量。其次，兩者之間存在的任何恆定關係都能夠幫助解釋支配星系形成的自然法則。

前一項研究於本月發表在《皇家天文學會月報》上，研究團隊使用了GOODS（Great Observatories Origins Deep Survey）的超過30000個星系的數據。這份天文學調查還結合了來自哈勃太空望遠鏡、錢德拉X射線天文台和斯皮策太空望遠鏡的觀測資料，以及超過500000個來自COSMOS（Cosmic Evolution Survey）的星系資料，所有星系與地球的距離大約在43億至122億光年之間。研究發現，星系越大，其中央黑洞生長速度與該星系恆星生長速度的比值越大。一個1000億倍太陽質量星系的中央黑洞生長速度與其恆星生長速度的比值，是一個100億倍太陽質量星系所擁有的比值的10倍。

該研究團隊由賓夕法尼亞州立大學的研究生Guang Yang領導，Yang介紹說，我們的論文認為，和小星系相比，大星系可以更有效地為黑洞提供食物。因此，那些大星系最終將擁有非常巨大的黑洞，然而，這些巨大的黑洞是否會影響星系的形成仍然是一個未解之謎。

另一項相關研究，將於4月發表在《皇家天文學會月報》上，目前可以在ArXiv上查到。巴塞羅那太空科學研究所的天文學家Mar Mezcua領導的研究團隊，集中研究了72個與地球的距離不超過35億光年的星系，這些星系都是附近宇宙中最大、最明亮的星系。研究的X射線和無線電數據來自於錢德拉X射線天文台、澳大利亞密集陣列望遠鏡、Karl G. Jansky甚大望遠鏡和超長基線陣列。研究者們將這些星系的特大質量黑洞的質量，與使用假設黑洞和其宿主星系以相同的速率增長的傳統方法估算出來的質量進行了對比，結果發現，該項研究中黑洞的質量比用傳統方法預測出來的結果大10倍。

註：該圖片來自http://www.space.com

研究人員稱，此前並沒有人知道附近宇宙中最大、最明亮的星系可以容納如此巨大的黑洞，這些黑洞或許可以通過兩種方式形成。一種可能性是，黑洞先成長，它的宿主星系後成長。另一種可能性是，這些特大質量黑洞是星系更年輕、產生恆星更多時期所形成的「種子」黑洞（"seed" black holes）的後代。

參考資料：

https://www.space.com/39738-will-supermassive-black-hole-eat-universe.html

https://arxiv.org/abs/1710.09399

https://arxiv.org/abs/1710.10268