有史以来发现的最大的黑洞之一坐落在宇宙的穷乡僻壤，就像小镇上高耸的摩天大楼。
天文学家们已经发现了一个超大质量黑洞，其质量是太阳的170亿倍——仅比已知最重的黑洞略小，后者重达最多210亿个太阳质量——位于星系NGC 1600的中心。
这是一个惊喜，因为NGC 1600位于波江座，距离地球2亿光年，属于一个平均大小的星系群，而迄今为止发现的巨型黑洞往往位于密集的星系团中。因此，研究团队成员表示，研究人员可能不得不重新思考他们关于巨型黑洞存在地点以及宇宙中可能有多少巨型黑洞的想法。[太空最奇异的黑洞]
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“对于星系的大小或这个星系所处的环境来说，这个黑洞比我们预期的要大得多，”研究报告的合著者、加州大学伯克利分校的天文学家马中珮说。
“这是结果中令人困惑的部分——或者说是耐人寻味的部分，”她告诉 Space.com。“可能会有更多的 NGC 1600 潜伏在更普通的地方，就像美国的小城镇而不是曼哈顿。”马中珮是 MASSIVE 调查的负责人，这是一项始于 2014 年的多望远镜工作，旨在识别和编目附近最巨大的星系和黑洞。NGC 1600 首次出现在该调查中，数据来自德克萨斯州的麦克唐纳天文台。
一项新的研究表明，星系 NGC 1600 比其同类星系更大更亮，并且拥有一个质量是太阳 170 亿倍的黑洞。NGC 1600 是图像中心的大椭圆星系，也在插图中显示。
图片来源：NASA、ESA、数字巡天2
虽然最初的观测不够详细，无法清楚地看到星系中心的光谱，但马中珮和她的同事们已经可以看出他们正在观察一些非同寻常的东西：“这有点像从很远的地方观察飓风，”她说。“我们无法完全判断这个飓风有多大，这个黑洞有多大，但是飓风太大了，以至于我们已经开始使用这种较粗糙的数据感受到风。”
研究团队成员怀疑他们发现了一个非常大的黑洞，接下来使用双子座天文台北半球，位于夏威夷和智利的双望远镜，对椭圆星系进行了研究。马中珮说，双子座天文台使他们能够探测黑洞的“影响范围”——黑洞的质量比整个星系更具影响力的区域，它在那里鞭策恒星运动。他们还利用 NASA 的哈勃太空望远镜的数据对该地点进行了探测。
她说，恒星“运行速度太快了，它们能够以这种速度运行的唯一方法是中心有一个 170 亿太阳质量的黑洞。”
起源
有史以来发现的最大的超大质量黑洞包含多达太阳质量 210 亿倍的质量，并且位于一个更符合预期的位置：极其密集的后发座星系团，该星系团包括 1000 多个已识别的星系。（为了比较，潜伏在银河系中心的黑洞总质量约为 400 万太阳质量。）
后发座星系团中的黑洞位于一个被明亮同类星系包围的星系中，但 NGC 1600 比其邻近星系至少亮三倍。NGC 1600 的黑洞约占其星系质量的 2%——这大约是预期星系中心黑洞质量的 10 倍。
当大质量恒星坍缩时，可能会形成小黑洞。星系中心的巨大黑洞很可能通过在早期吸收大量尘埃和碎片以及通过与其他黑洞碰撞和合并而变得如此巨大，这种情况发生在两个星系合并时。
马中珮说：“我们理解星系和黑洞如何成长到如此高的质量的方式来自星系的形成方式。” “通常，我们认为它们是通过新兴的星系碰撞或同类相食形成的——它们碰撞在一起，就像银河系和仙女座星系一样：我们正在相互靠近，并且有一天我们会发生碰撞。因此，我们将形成一个更大的星系，并且前身星系的两个独立黑洞将结合在一起形成一个更大的黑洞。” [观看：银河系和仙女座星系碰撞模拟]
因此，最大的星系通常是由几个较小的星系合并形成的，这些星系对应的黑洞也合并了。一个更拥挤的星系团似乎为形成超大黑洞创造了有利条件——但 NGC 1600 位于一个稀疏得多的区域。
马中珮说：“如何获得大质量的一种可能性是，也许 NGC 1600 吞噬了它的朋友。” “它吞噬了它的朋友，并且在这个过程中获得了它们的朋友的黑洞——也许它以牺牲它的朋友为代价变得如此之大。”
这可以解释 NGC 1600 周围异常空旷的区域。
马中珮说，或者，黑洞可能位于宇宙早期富含气体的区域。
她说：“当宇宙还很年轻时，它包含大量气体。” “也许当星系非常年轻时，它变得非常非常大。”
马中珮补充说，如果是这样，那么即使从未居住在人口更稠密的地区，黑洞也可能已增长到目前的规模。
可能是双胞胎
除了探测其位置的奥秘外，研究人员还在关注黑洞本身——或者可能是黑洞本身——的状况。
当两个星系合并时，它们中心的黑洞会相互环绕，越来越近，直到合并成一个。研究人员的观测表明，NGC 1600 中心的黑洞实际上可能是两个正在合并的黑洞，或者是一个最近合并的黑洞。
那里的关键见解是，虽然星系在星光下闪耀，但中心似乎异常空旷。马中珮说，如此大的星系通常具有相应明亮的核心。
“我喜欢这样说，由于某种原因，恒星似乎害怕中心；它们不知何故不想靠得很近，”她说。“目前，解释这个被掏空区域存在的最优雅的方法是双黑洞。”
对于那些距离太远而无法直接被拉入这样一个系统的恒星，仍然会受到它的严重影响。马中珮说，中心有两个超大质量黑洞的系统的动力学是，靠近的恒星会绕着旋转并向外加速，逃离系统并迫使黑洞彼此稍微靠近一点。每颗恒星的影响都很小，但随着时间的推移，黑洞会越拉越近——并最终共存于一个环中，其中大多数附近的恒星已被抛开。
研究人员目前无法判断该系统仍然是两个黑洞还是已经合并为一个黑洞。但马中珮说，NGC 1600 可能是研究引力波的科学家进行仔细研究的理想候选者：引力波将由仍在环绕和碰撞的黑洞产生，而不是由已经合并的黑洞产生。
无处不在？
哈佛大学天文学系主任 Avi Loeb 称这项新工作是一项令人兴奋的发现。
Loeb 在一封电子邮件中告诉 Space.com，“找到更多这种质量范围的黑洞并检查这是否是一个异常值或典型案例将很有趣。” Loeb 没有参与这项研究。
他说：“根本问题是，哪些环境条件孕育了最大质量黑洞的生长？” “我们很想通过像这样的未来研究来了解这个问题的答案。”
Loeb 补充说，NGC 1600 黑洞的大小使其成为事件视界望远镜的理想目标，事件视界望远镜是由世界各地九个望远镜组成的联盟，它们将协同工作以拍摄黑洞图像。
研究团队成员希望使用哈勃望远镜进一步研究 NGC 1600，以便更好地观察其核心并更精确地确定黑洞的质量，他们还将继续通过 MASSIVE 研究了解大型黑洞的分布。
星系中人口稀少的区域比迄今为止发现最大黑洞的超稠密区域更为常见。因此，如果如此大的黑洞在这些区域也很常见，那么 NGC 1600 可能只是“冰山一角”，马中珮说。她补充说，MASSIVE 应该揭示这些庞然大物有多么普遍，并扩展研究人员对这些庞然大物的理解。
“我相信我们会发现黑洞——如果我们没有发现，那将非常非常奇怪——但问题将是……这些黑洞能有多大质量？170 亿、200 亿[太阳质量]是它们停止生长的地方吗？还是可能存在我们尚未发现的更大的怪物？”
这项新工作于今天（4 月 6 日）在《自然》杂志上在线发表。
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