天体物理学家发现了Sgr A *绕行的数十个黑洞

哥伦比亚天体物理学家在银河系中心发现了12个绕Sgr A *旋转的低质量黑洞双星。它们的存在表明，距银河系中心仅3个光年，就可能有大约10,000个黑洞。

由哥伦比亚大学领导的天体物理学家团队发现，在银河系中心超大质量黑洞人马座A *（Sgr A *）周围聚集了十二个黑洞。这一发现是第一个支持数十年历史的预测的结果，它为了解宇宙提供了无数的机会。

哥伦比亚天体物理学实验室联合主任，研究的主要作者哥伦比亚天体物理学家查克·海利说：“您想了解大黑洞与小黑洞相互作用的所有方式，都可以通过研究这种分布来学习。” 。“银河系确实是我们拥有的唯一星系，我们可以研究超大质量黑洞与小星系的相互作用，因为我们根本看不到它们在其他星系中的相互作用。从某种意义上说，这是我们唯一需要研究这种现象的实验室。”

该研究发表在4月5日的《自然》杂志上。

二十多年来，研究人员一直没有成功地寻找证据来支持一个理论，即数千个黑洞围绕着位于大星系中心的超大质量黑洞（SMBH）。

图3：银河系中心的Chandra 2–8-keV影像，X射线源叠加了 C 100。≥热源（HR2> 0.3）和非热源（HR2 <0.3）分别用红色和青色圆圈表示。色标指示每个像素2–8-keV计数的数量。内部和外部黄色圆圈在Sgr A *周围描绘了0.2 pc < r <1 pc区域。内部区域被排除在分析之外。洋红色椭圆形（7.8 ×pc3.9 pc，半峰全宽）限制了NuSTAR发现的空间中未分辨的硬X射线发射区域，这是由于中间极的热发射所致。非热源聚集在内部视差内，而热源在整个硬X射线发射中分布更均匀。银河平面沿着椭圆的半长轴延伸。银河平面以北的震源不足是由于分子云（例如核周盘）的强烈灭绝所致，该分子云密密麻麻地散布在该区域。这样可以将估计的来源数量减少几分之一。一些没有圆圈的明亮光源是X射线瞬变，包括右下角突出的中子星低质−量X射线二进制AX J17452901。作为参考，钱德拉的角分辨率为0.5 arcsec，相当于银河中心的0.025 pc.Nature卷556，第70-73页（2018年4月5日）doi：10.1038 / nature25029

“整个银河系中只有约五打已知的黑洞-十万光年宽-而且在一个只有六光年宽的地区没人能找到的区域中，应该有10,000至20,000个这样的东西，” Hailey说，并补充说，已经对Sgr A *周围的黑洞进行了广泛的徒劳搜索，Sgr A *是距离地球最近的SMBH，因此最容易研究。“没有太多可信的证据。”

他解释说，Sgr A *被气体和尘埃的光环围绕着，这为大质量恒星的诞生提供了理想的繁殖地，这些恒星生活，死亡并可能在那里变成黑洞。此外，人们认为，光环外部的黑洞会因为失去能量而落入SMBH的影响之下，从而导致它们被拉入SMBH附近，并在其作用下被俘虏。

虽然大多数被困的黑洞保持隔离，但有些被捕获并与一颗恒星结合，形成恒星双星。研究人员认为，在银河系中心，这些孤立且交配的黑洞集中很多，形成了一个密度尖端，随着与SMBH距离的减小，该尖端将变得更加拥挤。

过去，寻找这种风口浪尖的证据的失败尝试一直集中在寻找当黑洞与伴星相伴时发生的X射线辉光的明亮爆发。

Hailey说：“这是寻找黑洞的一种明显方法，但是银河系中心离地球太远，以至于这些爆发仅足够强而明亮，足以每100至1000年见一次。”然后，为了检测黑洞二进制文件，Hailey和他的同事意识到，当二进制文件处于非活动状态时，他们需要寻找较弱但初始键合后发出的稳定X射线。

Hailey说：“如果黑洞双星像中子星双星一样发出常规的爆发，那将很容易，但是它们却没有，因此我们不得不想出另一种方法来寻找它们。”“孤立的，未配对的黑洞只是黑色的-他们什么也没做。因此，寻找孤立的黑洞也不是找到它们的明智之举。但是，当黑洞与低质量恒星交配时，这对婚姻发出的X射线爆发强度较弱，但始终如一且可检测。如果我们能够找到与低质量恒星耦合的黑洞，并且知道与低质量恒星配合的黑洞比例，则可以科学地推断出那里孤立的黑洞的数量。”

Hailey和同事们转向钱德拉X射线天文台的档案数据来测试他们的技术。他们搜索了处于非活动状态的黑洞-低质量双星的X射线签名，并在3光年内找到了Sgr A *的12个。然后，研究人员分析了已识别的二元系统的性质和空间分布，并从他们的观察结果推断出，Sgr A *周围的区域必须有300至500个黑洞-低质量的二进制文件和大约10,000个孤立的黑洞。

Hailey说：“这一发现证实了一个主要理论，其含义也很多。”“它将极大地推动引力波研究，因为知道典型星系中心的黑洞数量可以帮助更好地预测可能与它们相关的引力波事件的数量。天体物理学家需要的所有信息都位于银河系的中心。”

Hailey在论文上的合著者包括：哥伦比亚大学的Kaya Mori，Michael E.Berkowitz和Benjamin J.Hord天体物理学研究所的弗朗兹·鲍尔（Franz E. Bauer），费西卡大学，庞蒂维亚，智利天主教大学，千年天体物理学研究所，比库纳·麦肯纳（VicuñaMackenna）和空间科学研究所；哈佛大学-史密森天体物理学中心的Jaesub Hong。

出版物：Charles J. Hailey等人，“银河系中央视差中的静态X射线双星的密度尖端”，《自然》第556卷，第70-73页（2018年4月5日）doi：10.1038 / nature25029