天文學(xué)家正在宇宙失物招領(lǐng)處尋找他們認(rèn)為應(yīng)該存在的最大、最可怕的黑洞之一。不過，到目前為止，他們還沒有什么收獲。

星系就好比是燈火通明的一座座大城市，在它們的中心潛藏著一個(gè)饑腸轆轆、隨時(shí)準(zhǔn)備吞噬一切的惡魔，那就是質(zhì)量相當(dāng)于幾百萬甚至幾十億個(gè)太陽的超大黑洞。在過去的幾十年里，這個(gè)看法哪怕還算不上定律，至少也已經(jīng)成了天文學(xué)界的某種共識(shí)。此外，天文學(xué)家還認(rèn)為，星系越大，中心的黑洞質(zhì)量也越大。

于是，10年前，當(dāng)空間望遠(yuǎn)鏡科學(xué)研究所馬克?波斯曼（Marc Postman）借助哈勃空間望遠(yuǎn)鏡研究星系團(tuán)發(fā)現(xiàn)了一個(gè)中心沒有黑洞存在跡象的超大質(zhì)量星系時(shí)，大家都很驚訝。一般來說，星系核心都會(huì)更亮一些，就像是穿了一件發(fā)光斗篷一樣，那是因?yàn)樾窍抵行馁|(zhì)量巨大的黑洞通過強(qiáng)大引力把很多恒星都聚到了那個(gè)區(qū)域，這些恒星發(fā)出的光讓星系中心分外明亮。

相反，在這個(gè)星系核心區(qū)域的正中心，也就是星光本該比周邊區(qū)域更為明亮一些的位置，卻反而要比周圍更暗一些。此外，這個(gè)星系的整個(gè)核心區(qū)域——那是一個(gè)直徑大約有20 000光年的恒星團(tuán)——甚至都不在整個(gè)星系的正中間。

“哦，我的天哪，這實(shí)在是太不尋常了。”亞利桑那圖森市美國國家光學(xué)-紅外天文學(xué)研究實(shí)驗(yàn)室星系核專家、相關(guān)論文作者托德?勞爾（Tod Lauer）回憶起當(dāng)初波斯曼博士向他展示這個(gè)發(fā)現(xiàn)時(shí)說。

哈勃空間望遠(yuǎn)鏡捕捉到的阿貝爾2261星系團(tuán)圖像。畫面中間偏左處最明亮的那個(gè)星系就是阿貝爾2261。它的直徑大概是100萬光年，約是銀河系直徑的10倍

當(dāng)時(shí)是2012年。自那之后，這兩位研究者就一直在與同行們搜查這個(gè)星系的每一個(gè)角落，尋找那個(gè)不知所蹤的黑洞可能發(fā)出的X射線波或射電波。

這個(gè)星系是阿貝爾2261星系團(tuán)中最亮的一個(gè)，距地球大約27億光年，在北半球天空的武仙座方向，離著名的織女星不遠(yuǎn)。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)推斷，2261星系中心缺失的這個(gè)黑洞質(zhì)量至少相當(dāng)于100億個(gè)太陽，可以與天文學(xué)家目前已知的最大黑洞一較高下。相比之下，我們銀河系中心的黑洞質(zhì)量大概只相當(dāng)于400萬個(gè)太陽。

所以，神奇的大自然到底把這相當(dāng)于100億個(gè)太陽的質(zhì)量藏到哪兒去了？

一種可能是，黑洞其實(shí)就在那里，但因?yàn)闆]有任何東西可“吃”了，所以歸于寂靜，沒有留下任何表明自身存在的信號(hào)。不過，勞爾博士和他的同事們表示，還有一個(gè)更令人興奮的可能：整個(gè)黑洞都被丟到了星系之外。

每個(gè)桃子都有核

如果能證明后面一種可能，那將給我們研究星系和宇宙演化中的一些最猛烈、最動(dòng)態(tài)的過程帶來啟示。天文學(xué)家早有理論預(yù)言了這類過程的存在，但從未真正觀測到過。那是巨大力量引發(fā)的旋轉(zhuǎn)之舞，威力大到足以將恒星和行星拋到空無一物的虛空。

“那是個(gè)有趣的謎團(tuán)，也是我們正在研究的。”波斯曼博士在一封電子郵件中寫道。他還補(bǔ)充說，即將投入工作的詹姆斯?韋伯空間望遠(yuǎn)鏡有能力給這項(xiàng)研究帶來新的內(nèi)容。

“一個(gè)超大質(zhì)量黑洞從所在星系里拋射出來，會(huì)發(fā)生什么？”勞爾博士問道。

勞爾博士是一個(gè)自稱“Nukers”的非正式組織的成員。這個(gè)團(tuán)體的成員并不固定——“就像樂隊(duì)一樣。”勞爾說——第一次聚會(huì)則是在哈勃空間望遠(yuǎn)鏡升空后不久，由加州大學(xué)圣克魯茲分校的桑德拉?法布爾（Sandra Faber）組織。在過去的40年里，他們借助哈勃望遠(yuǎn)鏡這雙敏銳的眼睛以及其他一些新裝備窺視遙遠(yuǎn)星系的核心部位，以期掌握更多有關(guān)星系核的知識(shí)。

“A2261-BCG（這個(gè)星系在文獻(xiàn)中的正式名稱）的故事，”勞爾說，“正是宇宙中質(zhì)量最大的星系，也即巨大的橢圓星系演化到終點(diǎn)時(shí)會(huì)出現(xiàn)的情況?！?/p>

黑洞這種天體密度非常之高，所以連光都無法逃脫它們的引力。從定義上講，黑洞就是看不到的。不過，物質(zhì)落入黑洞時(shí)造成的騷動(dòng)——X射線和射電流——全宇宙都能看到。20世紀(jì)60年代，星系中心類星體的發(fā)現(xiàn)引導(dǎo)天文學(xué)家第一次想到超大質(zhì)量黑洞可能就是這種宇宙煙火表演的始作俑者。

20世紀(jì)與21世紀(jì)之交，天文學(xué)家逐漸達(dá)成共識(shí)：每個(gè)星系中心都藏著一個(gè)質(zhì)量小則相當(dāng)于數(shù)百萬個(gè)太陽、大則相當(dāng)于數(shù)十億個(gè)太陽的超大質(zhì)量黑洞。沒人能夠肯定它們究竟是怎么形成的——到底是由那些恒星坍縮后形成的小黑洞慢慢增長而成，還是由早期宇宙的其他某些過程形成，沒人知道?！懊總€(gè)桃子都有核?！眲跔柌┦空f。

不過，這些天體又是怎么影響它們周遭環(huán)境的呢？

1980年，三位天文學(xué)家米切爾?比奇曼（Mitchell Begelman）、馬丁?里斯（Martin Rees）和羅杰?布蘭德福德（Roger Blandford）在論文中闡述了這些黑洞會(huì)如何改變它們所在星系的演化過程。當(dāng)兩個(gè)星系相撞并且發(fā)生合并時(shí)——這在早期宇宙中是一種特別常見的現(xiàn)象——它們各自中心的黑洞也會(huì)相遇并且形成一種雙黑洞系統(tǒng)，也即兩個(gè)黑洞互相圍繞對(duì)方運(yùn)動(dòng)。

比奇曼博士和他的同事們提出，這樣兩個(gè)巨大的黑洞在互相繞轉(zhuǎn)的時(shí)候會(huì)與所在的恒星海洋產(chǎn)生相互作用。時(shí)不時(shí)地就會(huì)有那么一顆恒星與雙黑洞系統(tǒng)近距離接觸，后者的強(qiáng)大引力會(huì)把它推出星系中心，而這兩個(gè)黑洞之間的聯(lián)系也會(huì)變得更加緊密。

隨著時(shí)間的推移，越來越多的恒星會(huì)被扔出星系中心區(qū)域。于是，原本集中在星系中心的星光會(huì)慢慢地向外擴(kuò)散成一個(gè)涵蓋區(qū)域更大，但也更為彌散的核心區(qū)，這個(gè)核心區(qū)的中心位置還有一個(gè)小小的結(jié)塊，兩個(gè)黑洞在那里跳著雙人舞。這個(gè)過程叫作“沖刷”。

“他們在這場游戲中遙遙領(lǐng)?！眲跔柌┦窟@樣評(píng)價(jià)比奇曼等三位天文學(xué)家。

棘手的問題

勞爾博士和波斯曼博士認(rèn)為，他們研究的阿貝爾2261擁有的就是這種沖刷出來的核心區(qū)。問題在于，這樣的核心區(qū)中心應(yīng)該是最明亮的，但實(shí)際情況卻是最暗的，就好像超大質(zhì)量黑洞及其附近的恒星就這么憑空地抽走了一樣。

這就引出了一種更富有戲劇性的可能，同時(shí)也是比奇曼博士及其同事設(shè)想的過程演化到最后的場景：兩個(gè)黑洞合并成了一塊巨大的虛無區(qū)域。這個(gè)合并過程必然伴隨著災(zāi)難性的引力波爆發(fā)。所謂“引力波”，就是愛因斯坦在1916年預(yù)言并且在一個(gè)世紀(jì)后的2016年得到激光干涉引力波天文臺(tái)（LIGO）證實(shí)的時(shí)空漣漪。

如果這種引力波爆發(fā)不平衡，那么合并產(chǎn)生的超大質(zhì)量黑洞就會(huì)在整個(gè)星系內(nèi)“飛翔”，甚至飛出星系——當(dāng)然，這些都是天文學(xué)家從未觀測到過的現(xiàn)象。因此，找到這個(gè)“誤入歧途”的黑洞就是最緊迫、最重要的任務(wù)。

研究人員進(jìn)一步審視了A2261-BCG后發(fā)現(xiàn)，其彌散核心區(qū)中有4個(gè)小小的光結(jié)塊。其中會(huì)不會(huì)有一個(gè)藏著黑洞？

在星系中心位置附近探測到的射電流表明：5 000萬年前，那個(gè)地方曾有超大質(zhì)量黑洞活動(dòng)

西弗吉尼亞大學(xué)薩拉?伯克-斯波勞（Sarah Burke-Spolaor）領(lǐng)導(dǎo)的一個(gè)團(tuán)隊(duì)利用哈勃空間望遠(yuǎn)鏡和位于新墨西哥州索科洛的甚大陣列射電望遠(yuǎn)鏡觀測了整個(gè)天空。他們通過哈勃望遠(yuǎn)鏡的光譜測量結(jié)果得知結(jié)塊內(nèi)恒星的晃動(dòng)速度，并由此推斷是否存在某些大質(zhì)量天體——比如黑洞——將這些恒星聚到一起。

他們總結(jié)稱，其中兩個(gè)結(jié)塊，很可能是內(nèi)部運(yùn)動(dòng)幅度較小的小星系正在被大星系吞噬而產(chǎn)生的效果。對(duì)第三個(gè)結(jié)塊的測量結(jié)果誤差很大，所以既沒法肯定黑洞就在此處，也沒法排除這種可能。

而第四個(gè)結(jié)塊，密度很高，位置則接近A2261-BCG核心區(qū)的底部邊緣。伯克-斯波勞博士報(bào)告稱，由于這個(gè)結(jié)塊實(shí)在太過昏暗，連哈勃望遠(yuǎn)鏡都無法深入測量?！熬退阌霉h(yuǎn)鏡，觀測這個(gè)結(jié)塊也需要很多很多時(shí)間，大概幾百上千個(gè)小時(shí)。”她在一封電子郵件中說。因此，這個(gè)結(jié)塊目前也只能算是黑洞藏匿地點(diǎn)的候選區(qū)域。

伯克-斯波勞博士稱，星系核心還會(huì)發(fā)出射電波，但這對(duì)尋找黑洞并沒有什么幫助。

“最開始的時(shí)候，我們期盼射電發(fā)射能成為確鑿證據(jù)，希望活躍射電噴流能直接指出黑洞所在位置?！彼f。然而，根據(jù)光譜特征，我們觀測到的射電遺跡至少已有5 000萬年的歷史了，這就意味著，在停止噴射射電流之后，這個(gè)大黑洞也有足夠長的時(shí)間移動(dòng)到其他位置。

另一架搜尋這個(gè)黑洞的望遠(yuǎn)鏡則是美國宇航局的軌道望遠(yuǎn)鏡：錢德拉X射線天文臺(tái)。密歇根大學(xué)的凱漢?古爾特金（Kayhan Gultekin）也是Nuker組織中的一位經(jīng)驗(yàn)豐富的老手。他是后來才加入對(duì)這個(gè)黑洞的搜索行動(dòng)的。古爾特金將錢德拉X射線天文臺(tái)對(duì)準(zhǔn)了星系團(tuán)核心區(qū)以及那些可疑的結(jié)塊。結(jié)果也是一無所獲。古爾特金博士說，如果這個(gè)假想中的黑洞真的在那個(gè)位置，那么它現(xiàn)在的“進(jìn)食”速率大概只有理論上限的百萬分之一。

“要么是處于中心位置的黑洞實(shí)在太過昏暗，沒有留下太多蛛絲馬跡，要么就是那兒根本沒有黑洞?！彼谝环怆娮余]件中寫道。他還表示，雙黑洞系統(tǒng)也是一樣：如果這種系統(tǒng)要藏匿起來，不被我們發(fā)現(xiàn)，那么它就只能吸收很少很少的氣體。

與此同時(shí)，英國薩里大學(xué)的伊姆蘭?納西姆（Imran Nasim）——他并非波斯曼博士團(tuán)隊(duì)的成員——發(fā)表了一篇論文，詳盡地分析了兩個(gè)超大質(zhì)量黑洞合并如何將所在星系改造成天文學(xué)家現(xiàn)在看到的樣子。

“簡單來說，就是引力波反沖把超大質(zhì)量黑洞‘踢’出了星系?！奔{西姆博士在一封電子郵件中解釋說。失去了壓場的這兩位超大質(zhì)量“人物”后，原先在雙黑洞系統(tǒng)周圍的恒星向外擴(kuò)散，變得更加彌散。那塊區(qū)域中的恒星密度——那個(gè)地方可是這個(gè)巨大星系中恒星密度最高的地方了——只有我們銀河系中心恒星密度的1/10。所以，相比我們的夜空來說，A2261-BCG的夜空一定顯得貧瘠得多。

如此種種，都為天文學(xué)家熱切期盼詹姆斯?韋伯空間望遠(yuǎn)鏡早日升空提供了又一個(gè)理由。按照目前的計(jì)劃，“千呼萬喚始出來”的詹姆斯?韋伯空間望遠(yuǎn)鏡將于今年10月末升空。屆時(shí)，這個(gè)哈勃空間望遠(yuǎn)鏡的繼任者將會(huì)同時(shí)觀測前面提到的4個(gè)結(jié)塊，天文學(xué)家就有可能據(jù)此確定其中是否有哪個(gè)藏著超大質(zhì)量黑洞。

“說到這里，你該明白我們工作面臨的巨大復(fù)雜性了，”勞爾博士說，“嘿！或許它藏在這些結(jié)塊里！或許它不在那兒！最好把所有地方都找一遍！”

資料來源 The New York Times