婴儿黑洞如何变成超级黑洞

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体型娇小的婴儿黑洞如何生长？根据《天体物理学快报》公布的一项研究，它们可能靠吃星系中央超大质量黑洞的“剩饭”不断壮大身躯。研究指出这些黑洞很容易被活跃星系核的旋转物质盘捕获。在逐渐靠近旋转盘时，它们靠吸食沿途物质增肥，在质量达到20个太阳后对撞合并。

被致密气体-尘埃盘环绕的星系中央超大质量黑洞

2017年，三名美国物理学家因在探测引力波过程中扮演的角色，共享诺贝尔物理学奖。引力波是由宇宙内一些最猛烈事件导致的时空涟漪。此次探测到的引力波信号来自于黑洞对撞。

迄今为止，科学家已经6次探测到引力波信号，其中有5次来自于恒星级黑洞的合并，1次来自于中子星合并。在造就这些引力波的恒星级黑洞中，绝大多数的质量达到太阳的20倍。这让天文学家陷入困惑之中，因为恒星级黑洞的质量通常在太阳的10到15倍之间。黑洞由大质量恒星塌陷形成。

引力波是时空结构泛起的涟漪

由两个致密天体合并导致，例如黑洞或者中子星。这种涟漪的传播速度达到光速

合并前，这些质量较小的黑洞如何“增肥”？过去，科学家就怀疑这些黑洞的身躯超过普通恒星级同类，因为它们的前身是缺乏金属或者氢和氦以外元素的巨恒星。贫金属恒星产生的太阳风较弱，塌陷成黑洞时能够保住绝大多数物质。

恒星级黑洞的“增肥”方式或许不止一种且与低金属“饮食”无关。论文中，科学家概述了恒星级黑洞的一种生长途径：吸食星系中央超大质量黑洞周围的物质。这种新机制有助于科学家预测新的引力波来源。

黑洞吸食伴星的气体

天文学家知道大部分大型星系的中央存在超大质量黑洞。在这些怪兽级黑洞中，很多基本上处于休眠状态，无论是吸食的物质还是放射的光线都少得可怜。不过，某些超大质量黑洞被一个致密的气体-尘埃盘环绕。在旋向黑洞时，盘内的物质聚集在一起。这个旋转盘产生惊人摩擦，导致盘内物质放射出明亮的光芒。在所谓的活跃星系核，这种辐射盘异常明亮。

银河系中央潜伏着一个超大质量黑洞

无数恒星栖身于盘外，很多最终塌陷成恒星级黑洞。根据这项新研究，附近的恒星级黑洞很容易成对落入活跃星系核的物质盘。在螺旋靠近这个盘时，它们吸食沿途的物质，质量从7个太阳增肥到20个太阳，而后对撞合并。根据黑洞合并产生的引力波信号，两个合并黑洞的质量在20个太阳左右。不过，它们最初的质量并不大。

激光干涉引力波天文台（LIGO），用于探测引力波

通过这种方式增肥时，恒星级黑洞的所处环境还会导致它们的旋转轴同步，就像两个一前一后旋转的陀螺。根据这项新研究，在两个黑洞最终合并时，这个系统会以引力波的形式释放大约10%的能量。如果两个黑洞对撞合并时的方向随机，所释放的引力波能量只有前者的三分之一。这意味着当前的技术能够探测到这种合并，例如激光干涉引力波天文台（LIGO）。

天鹅座X-1黑洞艺术概念图，正在吸食蓝星的物质

这些黑洞可能释放大量X射线、伽玛射线或者无线电波，提供与引力波信号对应的电磁信号，进而帮助科学家揭示隐藏特征的重要细节。2017年，天文学家观测到两颗中子星合并产生的引力波和伽玛射线。卡内基天文台的天文学家乔什·希蒙当时表示：“有些东西你能够借助引力波发现，但却永远无法借助电磁波看到，反之亦然。将二者结合有助于我们进一步洞察这些极端天体。”

半人马座A，内部潜伏着一个特大质量黑洞

LIGO天文台的观测发现或许可以用这种新的黑洞生长机制解释，当然也可用贫金属恒星解释，又或者二者皆有可能。目前，科学家尚无法得出一个确切答案。LIGO和它的姊妹探测器“处女座”正按计划进行升级，2019年初将再次启动。重装上阵后，天文学家将搜寻能够与电磁观测结果匹配的引力波。这些多信使观测可能成为未来天文学研究的关键，值得科学家密切关注。

本文选自：今日头条