天文学家发现一个流氓超大质量黑洞在太空中飞驰

超大质量黑洞(SMBHs)潜伏在像我们这样的大型星系的中心。从它们在银河系心脏的制高点，它们以气体、尘埃、恒星和其他任何偏离得太近的东西为食，随着时间的推移变得越来越大。但在极少数情况下，SMBH 可能会被迫离开其位置并作为流氓 SMBH 在太空中疾驰。

在一篇新论文中，来自加拿大，澳大利亚和美国的研究人员提出了一种流氓SMBH的证据，它正在撕裂太空并与银河系周介质(CGM)相互作用。一路上，巨人正在产生冲击波并触发恒星形成。

这篇论文是“一个候选失控的超大质量黑洞，由冲击和恒星形成确定。主要作者是耶鲁大学天文学和物理学教授Pieter van Dokkum。该论文可在arXiv预印本服务器上使用，尚未经过同行评审。

如果您从未听说过失控的SMBH，那么您并不孤单。SMBH通常被锁定在星系中心的位置，这就是它们停留的地方。但科学家认为，在极少数情况下，SMBH可以逃离它们的星系。在他们的论文中，作者解释了如何将SMBH赶出其宿主星系。

它总是在星系合并时开始。这导致在合并残余的中心形成二进制SMBH。双星SMBH可以非常长寿，在合并之前存活长达十亿年。如果在此期间，第三个SMBH到达银河系中心，那么三体相互作用可以使其中一个SMBH的速度提升，并且可以将其从星系中驱动出来。

但是，尽管有理论基础，但找到这些流氓SMBH还是很困难的。天文学家在2021年确定了最佳候选者之一，距离地球约230.<>亿光年。作者注意到特殊的运动和速度表明最近的中断。但他们无法得出结论，他们是否看到了正在进行的星系合并，双黑洞系统或引力波反冲事件。

天文学家认识到他们可以通过几种方式识别失控的SMBH。最简单的方法是，如果空穴正在积极吸收物质作为活跃的星系核，并且可以通过其光度来识别。“对于这样的物体，”作者写道，“SMBH的存在是毫无疑问的，但很难确定它们是'裸'黑洞还是合并星系的核心。

另一种方法是通过流氓洞随之拖曳的恒星质量。当SMBH被弹出时，它巨大的引力会拉动一些恒星。但是，如果没有AGN的光度，这种昏暗使得从很远的距离识别黑洞及其恒星伴星变得困难。

天文学家识别潜在流氓SMBH的第三种方法是通过它对银河系周围介质(CGM)中弥散气体的影响。

“失控的超大质量黑洞与CGM的相互作用可能导致其后面的冲击气体和年轻恒星的尾流形成，”作者写道。在他们的论文中，他们报告了在哈勃高级测量相机的图像中偶然发现的线性特征，这可能是这些尾流之一。

当SMBH穿过CGM中的电离氢时，它会产生一个激波前沿，后面有一个长尾流。在尾流中，受冲击的气体云可以冷却并形成看起来像小径上的结的恒星。研究人员分析了线性特征中的三个结，并测量了它们的年龄和金属量。

理论和模型表明，尾流中形成的最年轻的恒星应该小于大约30万年。当研究人员测量它们的特性时，他们发现这三个结在模型列出的年龄范围内。它们也在金属量和灰尘含量的范围内。

如果宿主星系喷射出SMBH，星系应该显示出中断的迹象。SMBHs非常大，如果不塑造星系，那么大的质量就无法穿过星系。研究小组检查了产生流氓SMBH的星系，发现它的形态被破坏了。

但是，对于线性特征，还有另一种可能的解释。它可能是一架黑洞喷气式飞机，而不是一个流氓SMBH。在适当的条件下，黑洞射流还可以冲击CGM中的气体并导致恒星形成。“附近有两个经过充分研究的喷气式飞机触发恒星形成的例子，”作者说。其中之一被称为闵可夫斯基的对象。

作者承认黑洞喷流的解释是可能的，但他们说它有太多问题。可见发射线不是黑洞喷流的属性，也没有证据表明核活动。形态学也存在问题。“一个更严重的问题是，该特征的形态与喷射诱导恒星形成的模拟或观察不匹配，”作者解释说。

他们选择失控的SMBH作为数据和观察的最佳解释。

他们写道：“线比，颜色和整体形态与喷射的SMBH在高速穿过CGM同时触发恒星形成时一致。

定位黑洞将是这一结论的无可争议的证据。“这种情况的'吸烟枪'证据将是黑洞本身的明确识别，”研究人员写道。“寻找它们的明显地方是图中的A和B。6."

“这些是'超紧凑恒星系统'的候选者，SMBH被恒星和气体包裹，随之逃逸，”他们解释说。

这些观察中的长特征非常不寻常，因此如果它有一个不寻常的原因也就不足为奇了。只有更多的观察才能确定流氓SMBH是否在工作，而JWST可以提供它们。“例如，来自JWST NIRSPEC IFU的更深层次的数据可能会显示预期的宽，高度红移或蓝移的电离气体发射线，这些电离气体与黑洞本身结合。这些数据还可以在空间上解决A附近的流动，冲击和恒星形成，“作者说，展望未来。

如果有一个失控的SMBH创建这些功能的实例，那么还会有其他实例。

“展望未来，HST图像中特征的形态是如此惊人，如果它们存在的话，找到更多的例子应该不会太难。来自南希·格雷斯·罗马望远镜的未来数据可以用自动算法搜索，“他们解释说。

一个流氓SMBH与其银河系断开连接并在银河系周围介质中漫游是一个迷人的现象。我们只是处于了解SMBHs的早期阶段，它们如何与星系生长联系起来，以及它们如何合并产生引力波。

发现它们可以被踢出宿主星系增加了一层只有自然界才能想到的复杂性。

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