銀心。紅圈內是X射線雙星，黃圈內是其它X射線源。人馬座A*位於正中間。NASA / CXC / 哥倫比亞大學
銀心超大質量黑洞人馬座A*發現於2013年。NASA / CXC / 斯坦福大學
銀河系中心有一個超大質量黑洞。這一點，自上世紀70年代以來，就廣為人知。這個黑洞距離我們大約有26000光年，在天空中的位置，大約在人馬座和天蠍座之間。這個黑洞有個名字，叫人馬座A*，它的直徑大約有4400萬公里，質量是太陽的400萬倍。這個黑洞的力氣大得驚人。
自那時起，天文學家在宇宙中幾乎所有的大星系中心，都發現了超大質量黑洞。而最近的一個發現更是讓人吃驚。哥倫比亞大學的學者們已經獲得了有力的證據，證明銀河系中心至少存在著幾百個，甚至成千上萬個黑洞。
以物理學教授Chuck Hailey為首的這批學者在錢德拉X射線太空望遠鏡提供的數據裡，找到了許多X射線雙星。這些雙星都毗鄰人馬座A*。
黑洞不發光，因此我們在可見光波段上都看不到它們。但是如果黑洞（或中子星）附近有恆星，它就有機會從它的伴侶身上攫取物質。物質脫離伴星後會在一個圍繞著黑洞的圓盤狀結構中聚積起來，而且溫度會變得很高。這些高溫物質會釋放出X射線，因此這些成雙成對的能夠釋放出X射線的天體系統被稱為X射線雙星。
科研人員首先在錢德拉X射線太空望遠鏡的數據中尋找，看在銀心黑洞附近12光年範圍內，是否存在X射線源。然後在找到的X射線源中，篩選那些X射線光譜和已知X射線雙星相近——亦即那些能夠產生大量低能X射線的個例。
通過這個方法，他們發現在人馬座A*附近大約3光年的範圍內，存在著14對這樣的X射線雙星。這14對X射線雙星中的每一對應該都包含了一個恆星級黑洞，亦即是那些質量在太陽5至30倍的黑洞。在這14對X射線雙星中，有2對是此前已經被發現過的，其餘12對則是前所未見的。
在此14對以外的X射線源，產生的是大量高能X射線，因此它們可能是白矮星。而以X射線輻射在幾年中的變化方式來看，這十幾對X射線雙星中的大部分包含的應該是黑洞，因為它們擁有與中子星X射線雙星不同的特點。
由於銀心和我們距離遙遠，因此我們看到的實際上只有這些包含黑洞的X射線雙星中最明亮的一部分。所以天文學家認為，人馬座A*附近實際存在的包含黑洞的X射線雙星數量要多得多。據估計，銀心黑洞附近可能存在的恆星級黑洞數量至少是300，多的話甚至可達成千上萬。
這是銀心黑洞人馬座A*附近有大批黑洞聚集的首個觀測證據。與此同時，這一發現也證實了一個理論，即隨著時間的推移，原本分散在星系各處的大批恆星級黑洞，會逐漸向星系中心靠攏。
針對這一觀測結果，也有科學家提出了不同的看法。有人認為他們看到的這些X射線雙星中，有一半實際上是毫秒脈衝星——亦即那些以極高的速度自旋的、擁有強磁場的中子星。但是Hailey等人還是非常傾向於黑洞的解釋。
而哥倫比亞大學另一位天文學家Aleksey Generozov主持的進一步研究結果表明，銀心附近更是有可能存在著1萬至4萬對包含黑洞的X射線雙星。Generozov認為，這些X射線雙星大多可能是由黑洞俘獲伴星的方式形成的。
除了在銀河恆星動力學方面的貢獻之外，這一發現對於引力波研究具有積極意義。知道銀心附近存在多少黑洞，有助於天文學家預測我們究竟能夠探測到多少與之有關的引力波事件。天文學家可以據此建立與引力波事件發生概率有關的預測模型，推斷在星系演化過程中，這些事件究竟扮演著什麼樣的角色。
黑洞X射線雙星想像圖。ESO / L. Calçada
參考：
https://www.nature.com/articles/nature25029
https://arxiv.org/pdf/1804.01543.pdf
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