JWST 證實(shí)：首個(gè)超大質(zhì)量黑洞撕裂太空

偶爾會(huì)有恒星天體像白兔一樣飛馳穿越太空，極度遲到，錯(cuò)過(guò)了非常重要的約會(huì)。

現(xiàn)在，天文學(xué)家首次確認(rèn)了超大質(zhì)量天體黑洞至少是太陽(yáng)質(zhì)量的1000萬(wàn)倍，卻以驚人的速度954公里（593英里/秒）從宿主星系中彈出——這相當(dāng)于光速的0.32%。

不是有史以來(lái)觀測(cè)到的失控恒星天體但將如此巨大的質(zhì)量黑洞以如此快速撕裂穿越環(huán)星系介質(zhì)所需的強(qiáng)大引力，實(shí)在令人難以置信。

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黑洞，現(xiàn)在被命名為RBH-1，首次報(bào)道于2023年——一個(gè)以75億年光速旅行的巨大物體，在太空中尖叫著，擁有巨大的弓部震動(dòng)在它前方，還有一條延伸20萬(wàn)光年的恒星形跡。

當(dāng)時(shí)，線索似乎清晰地描繪出一個(gè)逃跑的畫(huà)面?，F(xiàn)在，耶魯大學(xué)天體物理學(xué)家彼得·范·多庫(kù)姆領(lǐng)導(dǎo)的后續(xù)觀測(cè)中，利用JWST近紅外近紅外望遠(yuǎn)鏡確認(rèn)了這一現(xiàn)象。RBH-1確實(shí)正穿越其星系的最外緣，朝著星際空間飛去。

事情的發(fā)生方式可能更令人興奮。研究人員認(rèn)為，促使RBH-1穿越時(shí)空的事件很可能是引力反沖來(lái)自超大質(zhì)量黑洞合并。

“這些結(jié)果，”他們寫(xiě)作預(yù)印本上傳到 arXiv“確認(rèn)尾流是由超音速失控的超大質(zhì)量黑洞驅(qū)動(dòng)的，這是引力波反沖或多體從銀河系核拋射的長(zhǎng)期預(yù)測(cè)后果。”

超大質(zhì)量黑洞它們往往像蜘蛛和蛛網(wǎng)一樣相互關(guān)聯(lián)。星系圍繞黑洞聚集和生長(zhǎng)，其演化受中心巨大核黑洞的引力和行為影響。

這并不意味著黑洞必須停留不動(dòng)。根據(jù)理論，足夠大的擾動(dòng)可以將黑洞驅(qū)散，使其在宇宙中游蕩，只有一小團(tuán)物質(zhì)云緊緊抓住，無(wú)法阻擋。

天文學(xué)家們聚集在一起證據(jù)充足多年來(lái)對(duì)這一機(jī)制的了解。其中包括多名候選人脫逃超大質(zhì)量黑洞被噴射出來(lái)來(lái)自它們星系的中心，一個(gè)具有第二個(gè)超大質(zhì)量黑洞在其邊緣，甚至有一個(gè)星系似乎是缺少其超大質(zhì)量黑洞完全是。

模擬還表明，應(yīng)該有相當(dāng)大的大量流氓超大質(zhì)量黑洞在星際空間的黑暗中，隱形潛伏著。

為了確認(rèn)RBH-1是否確實(shí)如最初觀測(cè)中所見(jiàn)，van Dokkum及其同事利用JWST繪制了黑洞前方弓激波的速度分布圖，該激波沖擊進(jìn)入并壓縮環(huán)繞星系的稀薄氣體和塵埃，這些介質(zhì)環(huán)繞宿主星系的稀薄氣體和塵埃。

基本上，整個(gè)結(jié)構(gòu)——弓形沖擊波、黑洞以及后方的恒星形成軌跡——都略微傾斜向我們，黑洞更近，軌跡更遠(yuǎn)。這種朝向的巧合使研究人員能夠測(cè)量船首激波中受沖擊加熱氣體的光。

當(dāng)物體向我們移動(dòng)時(shí)，其光的波長(zhǎng)會(huì)略微壓縮到光譜中較藍(lán)的一端——這一現(xiàn)象被稱(chēng)為藍(lán)移.研究人員測(cè)量了船首沖擊前后的藍(lán)移，發(fā)現(xiàn)了顯著且突兀的速度差異。

沖擊前沿后方的物質(zhì)速度比前方材料快600公里每秒，兩者之間僅有極小的距離。他們還發(fā)現(xiàn)，船首激波外緣周?chē)臍怏w在流離我們時(shí)發(fā)生了紅移。

研究人員發(fā)現(xiàn)，這種整體結(jié)構(gòu)只能由高速、質(zhì)量巨大的物體以約954公里每秒的速度沖向前方形成。

接下來(lái)的問(wèn)題是：這到底是怎么發(fā)生的？在他們的發(fā)現(xiàn)論文研究人員提出，這一機(jī)制很可能是三個(gè)超大質(zhì)量黑洞之間由星系合并而聚集的三體引力相互作用。

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隨著更精確的測(cè)量結(jié)果，他們現(xiàn)在認(rèn)為最可能的解釋是兩個(gè)超大質(zhì)量黑洞在其宿主星系合并后合并。當(dāng)它們聚集形成一個(gè)超大質(zhì)量黑洞時(shí)，引力能量的非對(duì)稱(chēng)釋放會(huì)產(chǎn)生反沖力，將新形成的黑洞擊飛出去。

RBH-1的測(cè)得速度及其留下的星系質(zhì)量與該過(guò)程模型完全一致。

“我們將該天體命名為RBH-1，因?yàn)樗堑谝粋€(gè)被確認(rèn)失控的超大質(zhì)量黑洞，”研究人員寫(xiě)道.

“RBH-1是對(duì)50年前預(yù)測(cè)的實(shí)證驗(yàn)證，即SMBH能夠通過(guò)引力波反沖或者三體相互作用."

論文可在預(yù)印本服務(wù)器arXiv上獲得.

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