超大質量合并：90 億年前黑洞碰撞形成的 Sgr A*

像我們這樣的大型星系是超大質量星系的宿主黑洞（SMBH。它們的質量可能如此之大，以至于無法理解，其中一些的質量是太陽的數十億倍。

我們的星系被命名為人馬座 A* （Sgr A*），質量要小一些，約為 400 萬太陽質量。

天體物理學家對 Sgr A* 進行了研究，以了解更多關于它的信息，包括它的年齡。他們說它形成于大約 90 億年前。

SMBH 是宇宙中最迷人的天體。它們如此巨大，以至于它們的引力可以捕獲光線。它們被一個稱為吸積盤的旋轉材料環包圍，該吸積盤將材料送入孔中。

當它們積極進食時，它們被稱為活躍的星系核 （AGN）。最亮的 AGN 被稱為類星體，它們可以比整個星系更亮。

科學家如何確定這些混雜物體的年齡？他們如何學習我們的黑洞， Sgr A*， 形成？通過收集數據、拼湊數據并運行模擬。

這項工作于 2017 年 4 月正式開始，當時事件視界望遠鏡（EHT） 觀測到星系 M87 中心的黑洞。那是我們第一次看到黑洞的圖像，并隨后在2022 年 EHT 觀察到 Sgr A*.

發表在《自然天文學》上的新研究依靠 EHT 觀測來確定 Sgr A* 的年齡和起源。它的標題是”銀河中心黑洞過去合并的證據。“ 作者是 Yihan Wang 和 Bing Zhang，他們都是內華達大學拉斯維加斯分校的天體物理學家。

黑洞以兩種方式生長。它們會隨著時間的推移而積累物質，然后合并。天體物理學家認為，形成 SMBH 需要星系合并，Sgr A* 也不例外。它可能是通過合并形成的，盡管它也增加了材料。

Sgr A* 是不尋常的。它旋轉迅速，相對于銀河系沒有對齊。根據 Wang 和 Zhang 的說法，這是過去合并的證據，可能與一個早已消失的衛星星系合并，稱為蓋亞-土衛二.

作者在他們的論文中寫道：“事件視界望遠鏡 （EHT） 提供了銀河系中心的 SMBH Sgr A* 的直接成像，表明它可能快速旋轉，其自旋軸相對于銀河系平面的角動量明顯錯位。

這對研究人員使用計算機模擬來模擬合并對銀河系黑洞的影響。

“通過研究各種 SMBH 增長模型，我們在這里表明 Sgr A* 的推斷自旋特性為過去的 SMBH 合并提供了證據，”作者寫道。

他們的工作表明，具有高度傾斜軌道配置的 4：1 質量比合并可以解釋 Sgr A* 的 EHT 觀測結果。

“受到銀河系和蓋亞-土衛二合并的啟發，其質量比為 4：1，由此推斷蓋亞數據中，我們發現 SMBH 的 4：1 主要合并具有相對于視線 （LOS） 的 145-180 度的二進制角動量傾角，可以成功復制 Sgr A* 的測量自旋特性，“作者在他們的工作中解釋道。

“這次合并可能發生在大約 90 億年前，在銀河系與蓋亞-土衛二星系合并之后，”UNLV 杰出的物理學和天文學教授、內華達州天體物理學中心的創始主任 Zhang 說。

“這一事件不僅提供了分層黑洞合并理論而且還提供了對我們銀河系動態歷史的見解。

“這一發現為我們了解超大質量黑洞如何生長和演化鋪平了道路，”主要作者 Wang 在一份新聞稿中說。“Sgr A* 未對準的高自旋表明它可能已經與另一個黑洞合并，極大地改變了它的振幅和自旋方向。”

“我們銀河系中的這一合并事件為 SMBH 形成和增長中的分層 BH 合并理論提供了潛在的觀測支持，”作者在結論中寫道。

當星系合并時，它們的中心黑洞也會合并。雖然這在很大程度上是理論上的，引力波天文臺正在探測到越來越多的黑洞合并。

然而，由于我們的天文臺的頻率范圍，他們只探測到恒星質量黑洞合并。SMBH 合并將產生低得多的引力波頻率，這超出了探測器的范圍，例如LIGO/Virgo/KAGRA.該系統的探測器靠得太近，無法檢測到較低的頻率。

作者還指出了 SMBH 合并率在其他模擬中確定的，例如Millenium 模擬，這表明在可觀測的宇宙中每年可能有數百或數千個。

“推斷的合并率與理論預測一致，表明預計在 2030 年代運行的星載引力波探測器的 SMBH 合并檢測率很有希望。”

有計劃建造可以檢測這些較低 SMBH 合并頻率的設施。歐洲航天局和美國宇航局正在計劃一項名為麗莎（激光干涉儀空間天線）可以探測到這些波。LISA 將由三個航天器組成，它們作為干涉儀一起工作。每個航天器將長 250 萬公里。

SMBH 是宇宙中最令人費解的天體之一，研究起來令人生畏。然而，即使沒有任何 SMBH 合并的引力波證據，這項研究也有助于加深我們對這些合并的理解。

本文最初由今日宇宙.閱讀原創文章.

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