什么东西是看不见的，重达 2000 万个太阳，并以每秒超过 1500 公里的速度在太空中飞驰，在其身后留下一条长长的星迹？如果你猜是“一个超大质量黑洞逃离了其宿主星系”，那么你可能是对的。至少这是由一个国际研究团队得出的结论，他们使用世界上一些最强大的望远镜发现并研究了这个候选的失控黑洞。该发现详细发表在 4 月 6 日的《天体物理学杂志快报》上。
由于一些仍然不甚了解的原因，超大质量黑洞潜伏在大多数大型星系的中心，例如我们自己的银河系。尽管它们拥有可怕的尺寸，这些神秘的巨头通常非常惰性且容易被忽视。它们通常只在吞噬来自其宿主星系的巨大气体和尘埃时，通过它们创造的天体烟火来暴露它们的存在。
所有这一切使得那些以某种方式“失控”的超大质量黑洞成为一种奇怪而难以捉摸的物种。它们是如何逃离其星系宿主的？当它们根本不发光时，又如何被观测到？在过去的十年里，天文学家仅设法识别出少数其他在星系际深处黑暗漂流的候选流浪者，但研究作者表示，这些都比不上他们新发现的这个逃脱者那样令人信服。
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这个黑洞最初是以哈勃太空望远镜对球状星团进行观测时，一条模糊的线性条纹的形式偶然发现的。主要研究作者、耶鲁大学的天文学家 Pieter van Dokkum 解释说，这种特征通常是宇宙射线撞击哈勃探测器的产物。通过夏威夷莫纳克亚山上的地面 W. M. 凯克天文台的进一步观测发现，这条条纹实际上是一条绵延 20 万光年的年轻蓝色恒星流。
Van Dokkum 说，这条恒星流是确凿的证据。它很可能是一种宇宙凝结尾迹，是由冲入的黑洞冲击并压缩成恒星的气体原料产生的。这条星流像箭头一样可以追溯到距离地球约 75 亿光年的一个可能的源星系，该星系没有迹象表明其核心现在存在一个正在吞噬的巨大黑洞。van Dokkum 说：“长期以来，人们一直假设每个星系都嵌入在巨大的氢气库中。我们认为我们正在看到黑洞加速远离时点亮了那些气体，让我们难得一见这种难以捉摸的物质。”
他补充说：“从这些恒星的年龄来看，我们推断出黑洞大约在 4000 万年前逃脱，并以大约每秒 1600 公里的极高速度在太空中飞驰。”
这个速度让许多专家感到兴奋。“如果这是一个失控的黑洞……，它的移动速度非常快，”未参与这项研究的剑桥大学天文学教授克里斯托弗·雷诺兹说。事实上，速度如此之快，以至于任何不涉及在星系之间横冲直撞的庞大黑洞的解释似乎都不太可能。
即便如此，天文学家希望使用 NASA 的詹姆斯·韦伯太空望远镜和钱德拉 X 射线天文台进行进一步观测可以消除任何挥之不去的疑虑。这项研究的合著者、澳大利亚斯威本科技大学的博士候选人玛丽亚·路易莎·布佐说：“需要更多的数据来确定这个假设。我们需要额外的数据来确认这种情况，并减少对[恒星流]特征性质的不确定性。”埃默里大学的天文学家艾琳·邦宁没有参与这项工作，她对此表示赞同。“你会希望看到一个紧凑、巨大物体的直接引力效应，”她说。
这些效应对于解释一个重达数百万甚至数十亿个太阳的物体最初是如何被踢出星系的至关重要。天文学家早就知道，大星系可以通过较小星系的碰撞和合并而生长。巨型星系也可以相互合并，迫使其各自中心的黑洞彼此靠近。“我们不太清楚接下来会发生什么，” van Dokkum 说。“50 多年前，有人提出，有时这些黑洞可能会在事后从中心被驱逐出去，甚至被完全抛出星系。这项观察似乎证实了这一想法，让我们深入了解宇宙中最令人敬畏的物体聚集在一起时会发生什么。”
如果两个黑洞被锁定在引力舞蹈中，然后第三个黑洞冲进来，由此产生的不稳定性可能会以足够的速度将三者中的一个抛出去，完全退出宿主星系。另一种可能性是，不是像台球一样三个黑洞彼此散射，而是两个黑洞合二为一就足够了。“第二个通道涉及两个黑洞合并并发出引力波，”未参与该论文的哈佛大学天体物理学家 Avi Loeb 说。“当它们冲向彼此时，在两个黑洞质量不完全相同的一般情况下，[引力波]将具有首选方向。结果，合并的残余物将向相反的方向反弹，以保持动量守恒。”
超大质量黑洞究竟如何到达星系际空间可能对其留下的宿主星系产生重要影响。例如，黑洞可能会抑制或促进进一步的恒星形成爆发。因此，发现更多这样的黑洞在宇宙中呼啸而过，可以为研究人员提供一种强大的新工具，以了解更多关于星系如何诞生、成长甚至最终消亡的信息。这个最新的候选者的奇怪之处——偶然地在哈勃图像上被发现为星状“划痕”——让邦宁和其他专家怀疑，其他类似逃逸者的证据可能已经存在，只是尚未被注意到，正在其他数据集中等待被发现。
“如果这确实正在发生，并且如果这种情况足够普遍，你可以直接去系统地搜索这种东西，” 邦宁说。在机器学习的帮助下，挑选出明显的条纹，未来来自 NASA 的南希·格雷斯·罗曼太空望远镜和地面上的维拉·C·鲁宾天文台等即将建成的设施的全景巡天或许可以揭示大量的此类物体——用邦宁的话来说，每一个都是“你看不见的干草堆里的针”。