黑洞也可以群居 球狀星團中心積聚著許多的黑洞

球狀星團中心積聚著許多黑洞

天文學家觀察了附近的球狀星團NGC6397，發現它的中心可能有數十甚至數百個較小的黑洞，而不是在其核心中有單個的大黑洞。

黑洞在銀河系、恒星以及其他天體的誕生與生命中扮演著重要的角色，我們知道兩種類型的黑洞，一種是具有恒星質量，質量是恒星質量的幾倍到幾十倍，當大質量量的恒星爆炸時產生；另一種是特大質量黑洞，其質量是其質量是太陽的十萬倍到百萬倍不等，位於宇宙中心的位置。

兩者之間的質量相差巨大。因此天文學家認為還有第三種黑洞，稱為中等質量黑洞（或者IMBHs），其質量位於100到十萬倍太陽的質量之間，填補了中間的空缺。但問題在於，這類黑洞存在的證據非常稀少。僅能找到少部分的痕跡，包括當他們將恒星撕碎時，當他們逃離矮星系中心時或者甚至當他們組成或者動搖時空構造時。

一個地球觀察站顯示球狀星團NGC6397

我們可以在球狀星團中尋找他們，這些大概有成百上千個恒星組成的星團，通過它們之間相互的引力捆綁在一起。它們之間的距離只有十幾光年，所以非常緊密。

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這意味著，在星團中的恒星一直會與其他的恒星擦肩而過，而當它們這樣做時，一種非常有趣的現象會發生：兩者中質量大的會向星團中心更靠近，而質量輕的那一個就會向外移動。循環往複多次之後，這意味著大量的大質量恒星會聚集在星團核心。

在星團核心自然能夠形成一個中等質量黑洞，一個大質量恒星在消亡過程中會融入另外一個恒星，當它非常靠近另一個恒星的核心時就會爆炸，形成一個相當大質量的黑洞，然後它又會在靠近其他恒星或黑洞時被吞噬，形成一個中等質量黑洞。或者可能是一個常規質量黑洞向其中心塌陷，最終它們融合成單個的中等質量黑洞。

球狀星團NGC6397的中心是成百上千的恒星。

另一方面，也非常可能在星團的核心處有非常多的更小的恒星質量的黑洞並環繞著一些暗天體，比如白矮星和中子星，所有星體生命的終點是，散布到比中等質量黑洞的體積大很多的空間裏。

然而找到這實際的證據還是非常難的。其中一種方法是觀察星團中的天體。他們都圍繞著集合的中心，如果那裏有單個的黑洞，它們繞行的方式會跟那裏有一個更大更複雜的小黑洞的集合有輕微的不同。

然而，這需要對星團中的星體非常精准的觀測測量，並且目前為止都是不切實際的。有兩位天文學家曾經接受過這項任務。他們觀察NGC6397，天壇星的球狀星團，這是距離地球第二近的球狀星團，在距離地球7800光年之外，因此星體的運動更容易觀測。它非常放松，天文學家用這個奇怪的術語來描述星團中的星體，它們有很長的時間、很多的機會與彼此相互作用，這麼大量的星體會向其中心坍落。他們通過哈勃空間望遠鏡、蓋亞空間望遠鏡和非常大的望遠鏡來觀察這些星體是如何移動，並計算它們的軌跡。

然後它們在計算機上運行了多個數學模型來看如果在NGC6397中有一個中等質量黑洞的話軌道是什麼樣的，並與有一團黑洞進行對比。

他們發現這其中非常可能有一個中等質量黑洞，質量大概是500到650倍太陽的質量。然而他們的軌道計算數據可以印證這一結論，但是實際來說這是不太可能的，當黑洞融合成一個大黑洞時他們會以引力波的形式爆炸出一股能量。這會像球拍一樣給將要產生的黑洞一個助力，給它非常大的速度。他們發現任何質量小於1000倍太陽質量的物體都會吸收足夠的能量然後完全離開這個星團。

球狀星團NGC6397（左）放大後的其中心大量的黑洞的照片（右）

這就留下了一大群暗天體，使恒星按照現在的軌道運行。他們的模型表明，這是一個更好的擬合。他們發現，大約1-2%的質量相當於星團總質量的1-2%-相當於太陽質量的1000-2000倍-散布在大約半光年的球形體積上，可以解釋他們在星團恒星中看到的軌道模型。

這完全符合，距離太陽最近的星體是半人馬星座阿爾法，距離我們大概有4.37光年，但是在相同的體積內球狀核心可以有上千顆恒星。

他們預測一半的天體都會是恒星質量的黑洞，剩下的天體中五分之四是白矮星，五分之一是中子星。

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這會使NGC6397成為恒星的墳墓，它們前身的靈魂仍然在核心中遊蕩。

非常可能這是許多球狀星團的代表，但是這需要進一步的觀察來確認。並且這給我們留下一個奇怪的問題：我們知道中等質量黑洞應該存在，沒有真正的理由認為它們不存在，但是目前的結果是找到他們非常困難。

似乎我們可以從這個名單中抓出NGC6397。令人開心的是還有整個宇宙等著我們探索，如果他真的存在，我們大概率會找到它。

BY: Phil Plait

FY: 嗜熱鏈球菌

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