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当你看这篇文章时,不知有多少黑洞带着马仔们在宇宙中流浪

 姿势分子_ 2021-03-22
根据天文学家的观测,我们的银河系将在30-40亿年后与仙女座大星系发生碰撞。
这将是本星系团两大霸主的较量,在合并为同一个星系的同时,还有许多天体可能面临着灭亡的命运。即使是主宰着这两个星系的超大质量黑洞,也可能面临着危局。
实际上,星系之间的相撞本不是什么稀奇事。在银河系演化的历史中,已经多次和其他星系合并,只不过以前合并的都是小的卫星星系,与其说是合并,不如说是吞并。不过,规模相当的两个星系合并也并不罕见,科学家已经多次利用哈勃太空望远镜拍摄到这样的画面。在星系合并的过程中,星系内也面临着一次彻底的洗牌,很多恒星都会改变自己的命运。而科学家非常好奇的,是星系中心的超大质量黑洞会发生什么改变。
这些超大质量黑洞都是星系的主宰,位于星系中心,迫使数千亿颗恒星围绕自己公转。比如银河系中心的超大质量黑洞人马座A*,质量约为太阳的400万倍,控制着直径达到15万光年的银河系。
天文学家认为,星系合并对于中心黑洞来说可能造成两种结果。其一是黑洞也发生合并,产生惊人的引力波,最终变成一个更加恐怖的黑洞;另外一种可能就是,由于星系的合并过程出现错位,导致引力不均,迫使黑洞被甩出整个星系,而且在临走的时候还会裹挟一定范围内的其他恒星一起逃离星系。
在上个世纪90年代的时候,就有科学家提出了这个理论,并且给这种失控的天体集合命名为超紧凑恒星系统(hypercompact stellar systems,HCSSs)。HCSSs的核心是一个超大质量黑洞,利用自己的恐怖引力裹挟着许多恒星,在远离任何星系的宇宙空间穿梭。当你看这篇文章的时候,它们就在不知道什么地方流浪着,没有任何归宿。
这个理论在解释引力波的反作用力时非常有效,但唯独有一个问题:没有人真的发现过这种理论上的天体集团,所以没有办法证实它们真的存在。
不过,科学家相信,虽然这种大型的HCSSs未必能够被我们发现,但如果我们找到迷你版的HCSSs,也可以类推到大尺度上。这里所谓的大尺度和迷你,指的就是黑洞的规模。我们知道,黑洞根据质量可以分为超大质量黑洞和恒星级黑洞。如果我们能够找到恒星级黑洞也能形成HCSSs这样的结构,那么就可以证明超大质量黑洞也能组成HCSSs。
那么,这种迷你版的HCSSs是如何产生的呢?
答案是:当银河系还年轻的时候,就会产生。那个时候,人马座A*还没有成长到今天这么大。当某个矮星系一头扎进银河系的时候,就会产生一次小规模的合并。在这个过程中,就有可能产生传说中介于恒星级黑洞和超大质量黑洞之间的神秘天体——中等质量黑洞。这种黑洞的质量介于太阳100-10000倍之间,带着一群恒星“马仔”,组成了一个小型的HCSS。
据推测,在我们的银河系中,这样的集团应该有数百个之多。它们并没有脱离星系,而是依然在星系之中游荡,因此更容易被我们发现。实际上,来自SRON荷兰空间研究中心和荷兰拉德布德大学的天文学家甚至认为,欧洲航天局的盖亚卫星和美国的斯隆数字巡天(SDSS)等全天调查项目都可能曾经发现过HCSSs的痕迹,只不过没有给予足够的注意。
这些数据就在这样的项目中,只要仔细审查就可以发现。但是问题在于,负责这些项目的科学家从来没有考虑过寻找HCSSs这件事,而且也没有人提出过理论告诉我们HCSSs应该是什么样子的。因此,即使它们真的存在于数据中,我们也很难发现。
这就相当于你把100斤大米都买回家了,才听说其中有几粒某个样子的米粒最健康,然后开始漫长的寻找过程……显然,把100斤大米全都倒出来一粒一粒选是不太现实的事情。唯一的办法就是重新买,在买的时候就提出要求,然后由专业的机器进行挑选。因此,这些科学家现在所能做的,就是提出完整的理论,以便知道盖亚或者斯隆数字巡天等项目在未来能够利用来寻找HCSSs。
在最新的论文中,研究人员对这样的天体结构进行了详细的描述,包括颜色、外观、光谱等诸多方面。他们还更进一步,描述了如果我们观测到了它们的蛛丝马迹会看到什么样的景象,这对于盖亚和斯隆数字巡天等目前9个独立进行的调查项目来说,已经把观测难度尽量降到最低,服务可以说相当到家了。利用这些数据,天文学家们可以更容易找到HCSSs。
对于天文学家来说,HCSSs的意义非常重大。它不仅仅是证明了引力波的反作用力那么简单,而且还能帮助我们寻找中等质量黑洞。介于超大质量黑洞和恒星级黑洞中间的中等质量黑洞一直是人类天文学上缺失的一环,虽然没有理论证明它们无法存在,但我们偏偏就几乎没有发现过这种天体。虽然近些年来常有发现中等质量黑洞的新闻,但是我们始终无法完全确定它们的存在。
SRON荷兰空间研究所的天文学家Davide Lena指出:“如果我们真的能发现HCSSs,也将同时证明中等质量黑洞的存在。然后我们可以通过对HCSSs的光谱观测和分析,进而测量黑洞的质量来证明我们的发现。”
回到最初的疑问:我们目前还不知道那些质量动辄就是太阳数百万甚至数百亿倍的超大质量黑洞之间到底能否发生合并。理论表明,即使它们相距只有1个秒差距(约3.26光年)的距离,也可以互相公转长达数十亿年而不毁灭。如果能够观测到中等质量黑洞的合并,那么我们将更有理由相信超大质量黑洞也可以发生合并。
总之,HCSSs身上携带着许多宇宙的秘密,我们需要它们现身,来解决这些谜团。如果它们不愿意主动现身,那么科学家就只能自己想办法主动找到它们了。

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