球狀星團「NGC 3201」里的超沉默黑洞，不吞噬物質也沒有光環包圍

06-20

背景閱讀——超沉默黑洞

超級黑洞（Supermassive black hole）是一種黑洞，其質量是十萬至十萬億倍的太陽質量。宇宙中最大黑洞是距離地球35億光年，形成於OJ287類星體的中心位置。

科學家相信，在所有的星系的銀心，包括銀河系在內，都會有超大質量黑洞。所有超級黑洞是在距今100多億年前的宇宙初期與星系同時形成的。它「吞噬」周圍的大量物質，才能達到如此巨大的質量

超大質量黑洞的形成有幾個方法。最明顯的是以緩慢的吸積（由恆星的大小開始）來形成。另一個方法涉及氣雲坍縮成數十萬太陽質量以上的相對論星體。該星體會因其核心產生正負電子對所造成的徑向擾動而開始出現不穩定狀態，並會直接在沒有形成超新星的情況下萎縮成黑洞。第三個方法涉及了正在核坍縮的高密度星團，它那負熱容會促使核心的分散速度成為相對論速度。最後是在大爆炸的瞬間從外壓製造太初黑洞。超大質量黑洞平均密度可以很低，甚至比空氣密度還要低。

這是因為史瓦西半徑與其質量成正比，而密度則與體積成反比。由於球體（如非旋轉黑洞的事件視界）體積是與半徑立方成正比，而質量差不多以直線增長，體積增長率則會更大。故此，密度會隨黑洞半徑增長而減少。在黑洞的中心，是物理學中最為神秘的物質之一——奇點，也就是時間、空間和一切已知的物理學法則土崩瓦解的所在點。

而近日，歐洲南方天文台科學家認為位於南方星系船帆座的NGC 3201星團里存在一個帶有不活躍星群的黑洞，其質量是太陽的4倍。經過進一步檢測後他們竟然意外找到了個不會吞噬物質、正處於休眠期的黑洞！這也是科學家首次單純透過引力測量而發現的最沉默黑洞，其質量約太陽質量的 4.36 倍，所處星團距離我們約 1.6 萬光年。

天文學家小組在觀察NGC 3201星團的一顆星星時發現了這個黑洞，他們從位於智利阿塔卡馬沙漠的南方天文台的VLT望遠鏡中觀察這顆星星，發現它的活動方式非常奇怪。這顆星星以每小時數十萬公里的速度前後移動，這個周期每隔167天重複一次，這種行為只能解釋為它在圍繞一個黑洞運行。

吉澤斯指出說，它在圍繞一個完全看不見的、其質量是太陽質量4倍多的物體運行，這個物體只能是黑洞

球狀星團「NGC 3201」位於銀河系船帆座（Vela）中，距離我們約 1.63 萬光年（銀河系直徑介於 10 萬～18 萬光年），科學家認為其年齡已超過 100 億歲（太陽系年齡 45 億歲），幾乎和銀河系同時誕生，整個星團質量估計約為太陽系的 25.4 萬倍。

它的恆星向中心的凝聚度非常低

船帆座星雲於1752年，被天文學家尼古拉斯·路易·德·拉卡耶（Nicolas Louis de Lacaille）首次發現，如果你對這個星雲仔細的觀察，你會發現很多奇妙的事物，例如突然之間的閃光，恆星的新生、死亡、融合都可以在這裡看清楚。

如果說星雲是宇宙中恆星的託兒所，那麼球狀星團就是恆星的養老院，星雲教我們了解年輕氣盛的恆星，那麼球狀星團就可以告訴我們恆星是如何演化和老去的。

球狀星團「NGC 3201」的外觀。

我們知道連光都無法逃脫黑洞巨大的引力，黑洞本身是無法直接觀測的，但可藉由間接方式得知其存在與質量，比如物體被吸入前因高熱而放出的「邊緣訊息」紫外線、X 射線輻射等，以及周遭恆星或星際雲氣團的軌跡，就能知道那裡是否有黑洞存在。

但，若是一個休眠中、不吞也不吐的黑洞該怎麼發現？當黑洞不與物質相互作用、不會積聚質量或發出輻射時，它就真的安靜沉默地和宇宙融為一體，只能透過其他方式觀測，比如測量它對其他恆星的引力影響。

就在不久前科學界還認為，球狀星團中的幾乎所有黑洞都會在短時間內消失，像黑洞這樣的系統不應該存在，但是現在情況顯然並非如此。

引力效應

這次發現屬於首次在球狀星團中直接探測到黑洞的引力效應，有助於理解球狀星團的形成以及黑洞和二元系統的演變，它們是了解引力波來源的重要因素。

雖然研究人員承認還有另一個可能性，這顆行為異常的恆星也有可能只是個布偶娃娃，處在一個包含兩顆特大、緊密結合的中子星的三星系統中，但迄今為止我們都還沒看過這種系統，所以黑洞的可能性更大。

如果觀測結果證實無誤，那這將是第一個於不活躍休眠期被科學家發現的黑洞，也是第一個從球狀星團中發現的黑洞，將有助於理解球狀星團的形成、黑洞二元系統的演變，對於重力波源的理解更是至關重要。

註：球狀星團是外觀呈球形、在軌道上繞著星系核心運行的恆星集團，通常含有數十萬顆低金屬的老年恆星。目前銀河系內估計有超過150個球狀星團。