超大质量黑洞可能潜伏在宇宙四处

美国加州大学柏克莱分校（UC Berkeley）天文学家马中珮（Chung-Pei Ma）等人在本地宇宙（local universe）中发现了一个高达170亿倍太阳质量的超大质量黑洞（supermassive black hole） ，这是宇宙中已知最大的超大质量黑洞之一。而这项发现也显示：或许超大质量黑洞比先前认为的还要普遍。到目前为至，那些质量超过100亿倍太阳质量的最大型超大质量黑洞都是位在一群大型星系密集区中的一个非常大的星系核心。

其中的冠军是2011年由加大柏克莱分校研究团队在后发座星系团（Coma Cluster）中发现的，达210亿倍太阳质量之多，位在NGC 4889星系中心，已登录在金氏世界纪录里。

而马中珮等人新发现的这个超大质量黑洞位在NGC 1600星系中，距离地球约2亿光年。

这项发现最有趣之处在于NGC 1600位在和后发座星系团相反的波江座方向，通常被天文学家视为「宇宙沙漠」的地方。

马中珮领军的大质量巡天计划（Massive Survey）专门在本地宇宙里搜寻研究质量超过最大质量的星系，希望能借此了解星系如何形成、超大质量黑洞如何长大等问题。

在宇宙一个拥挤区域内的大质量星系发现庞大的超大质量黑洞是预期中之事，就像是在如曼哈顿这类大都会地区会看到摩天大楼一样，然而要在像小城镇一样的地方找到摩天大楼却相当不易。

像后发座星系团这样拥有很多星系的星系团或星系群相当罕见，但像NGC 1600其及卫星星系这样规模的星系群倒是有几个。

所以现在的问题是：这是冰山一角吗？2011年时在NGC 4889星系中发现210亿倍太阳质量的超大质量黑洞时，其实质量估计的误差范围很大，从30亿倍到210亿倍不等。

而NGC 1600中心估计高达170亿倍太阳质量的超大质量黑洞却精确得多，其估计范围是155亿倍到185亿倍太阳质量。

有趣的是，NGC 1600星系中心附近的恒星运动的模式看起来像是双黑洞状态。

由于大型星系一般是经由较小的星系合并而成长茁壮，原来星系核心的超大质量黑洞在合并后仍会存在一段时间，所以在大型星系中心有双黑洞是很常见的事。

不过双黑洞最终会落往合并后的星系中心，黑洞本身也会合并成一个更大的黑洞，并在最终合并过程中发射出大量重力波；目前正在计划中的进化型雷射干涉太空天线（Evolved Laser Interferometer Space Antenna，eLISA）就是希望能侦测到大质量黑洞合并时发出的重力波。

其他的可能就是侦测毫秒波霎可能有奈秒等级的讯号跳动现象。

寻找类星体残骸黑洞的特征就是物质密度非常高，重力场非常强，连宇宙中速度最快的光都无法逃离黑洞的重力场。

在气体非常丰沛的宇宙早期，许多黑洞会因吞噬了大量气体而长到极端庞大的程度，并发射出非常庞大的能量。

观察离地球愈遥远之处的天体，相当于看到宇宙愈早期的状况。

而在遥远宇宙中的超大质量黑洞，呈现出的模样就是那些明亮的类星体（quasar）。

然而当天文学家观察离地球比较近的本地宇宙空间中的星系，它们含有的气体比较稀少，基本上都转换成了恒星，所以本地宇宙中没有类星体。

然而质量最大的那些邻近星系中，很可能有已经掩兵熄鼓的类星体存在其中心。

马中珮认为：她的团队于2011年于NGC 4889和NGC 3842星系中发现的超大质量黑洞可能就是已休眠的类星体。

由于NGC 1600是个老星系，所以该星系中已少有新恒星形成。

马中珮等人怀疑这个星系中心可能也有一个曾一度耀眼但如今已休眠了的类星体。

如果为真，那么这将是第一个在本地宇宙的稀疏地带发现的类星体。

马中珮表示：那些最亮的类星体可能就是质量最大的超大质量黑洞栖息之地，所以并非一定要位在宇宙中星口稠密的地带。

NGC 1600是第一个在本地宇宙的稠密区域以外之处，发现有质量超乎预期的超大质量黑洞的星系，也可能是第一个位在特区以外之处的极亮类星体后裔的范例。

根据利用双子望远镜（Gemini Telescope）所做的NGC 1600核心光谱，中心超大质量黑洞影响力所能及的方圆3000光年影响圈（sphere of influence）范围内，绝大部分恒星是以圆形轨道环绕黑洞公转，仅有少数恒星的轨道会远离黑洞或接近黑洞，仿佛这些轨道有径向移动的恒星都是在接近黑洞时会被甩了出去一样。

通常只有在双黑洞周遭最接近的那些恒星会发生这种状况。

黑洞的影响圈是可见恒星的总质量与黑洞质量相当的区域，这个范围比黑洞的事件视界（event horizon）大得多；而事件视界是物质一旦进入这个范围内就会被黑洞吞噬的界线， NGC 1600星系中心超大质量黑洞的事件视界的半径仅有冥王星轨道的8倍左右。

恒星因为不知名原因从超大质量星系的中心被「吓跑」，可能是因为不敢进入中心区，也可能是因为进去后被踢出来。

从NGC 1600星系中心附近的恒星轨道来看，后者的可能性比较大。

这是NGC 1600中心双黑洞可能是经由合并而来的证据。

双黑洞和核心冲刷双黑洞将恒星甩出时，会折损双黑洞的角动量，使得双黑洞会愈来愈靠近彼此，最终合而为一。

如果NGC 1600真的含有总质量高达170亿倍太阳质量的双黑洞，且两者间的距离不足1光年，那目前正在进行的波霎计时阵列（pulsar timing arrays）就有机会能捕捉到重力波。

从NGC 1600获得的讯息，显示一个核心有双黑洞的星系所拥有的关键特征，就是恒星开始减少的区域，等于中心双黑洞的影响圈范围。

靠近星系中心处缺乏恒星，能将大质量星系与一般标准椭圆星系区分开来，因为椭圆星系最亮的区域就是它的核心处。

马中珮等人将这个双黑洞造成的的动力学现象，称之为核心冲刷（core scouring）。

这项特征将可帮助马中珮的研究团队检视并精简大质量巡天计划观测资料，以便能更快的在地球邻近之处找到超大质量黑洞。

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