一项新的研究发现，小星系心脏可能隐藏着神秘的黑洞，这种黑洞长期以来被证明是难以捉摸的：在几个太阳的质量和数百万个太阳的质量之间，中等大小黑洞。在过去的几十年里，天文学家已经发现了两种黑洞的许多例子：恒星质量的黑洞和超大质量黑洞。恒星质量黑洞的质量是太阳质量的几倍，当巨星陨落时，黑洞就会出现，而超大质量黑洞的质量是太阳质量的几百万倍，即使不是全部，也是大多数星系的心脏。
这张图片来自美国宇航局钱德拉x射线天文台、哈勃太空望远镜和斯皮策太空望远镜。中等质量的黑洞M82 X-1是inset中最亮的物体。图片：NASA/H. Feng et al.
关于超大质量黑洞的起源还有很多未知之处，它们似乎生长得非常快，在宇宙历史的早期就出现了，但是研究人员并不知道确切的形成方式。一种理论涉及到中等质量的黑洞——质量在100到100万太阳质量之间的黑洞——之前的研究表明，这些黑洞可能是恒星质量和超大质量黑洞之间的中间阶段。然而，这些缺失联系的证据仍然很少。现在，研究人员说他们可能已经在星系的心脏中发现了10个中等质量的黑洞，其中5个是以前不知道的。科学家说，这些新发现表明，中等质量的黑洞可能潜伏在许多小星系的中心。
研究报告的主要作者、马萨诸塞州剑桥市史密森天体物理天文台和俄罗斯莫斯科国立大学的天文学家Igor Chilingarian说：中等质量的黑洞在当地的宇宙中无处不在。任何种类的黑洞都是具有挑战性的，因为正如它们的名字所暗示的那样，它们是黑色的，使得它们很难在黑暗的空间中看到。一种间接探测黑洞的方法是寻找异常明亮的星系核。先前的研究表明，这些所谓的“活动星系核”很可能是黑洞，它们释放出大量的能量，就像巨大的气体云“增生”或落入黑洞一样。为了寻找中等质量的黑洞，这项新研究的研究人员首先分析了斯隆数字天空调查中大约100万个星系的数据，寻找典型的从黑洞中看到的光线。
黑洞是很奇怪的区域，重力足够强，可以弯曲光线，扭曲空间，扭曲时间。图片：Karl Tate, SPACE.com contributor
他们在星系核中探测到305个潜在的中等质量黑洞后，他们在钱德拉、xmm -牛顿和快速轨道x射线天文台的数据中搜寻了x射线的数据，这将有力地证明了这些候选者实际上是中等质量的黑洞。哈佛大学天文学讲座教授Avi Loeb说：这些都是星系中心非常微弱的x射线源。因为它们很微弱，所以不能在很远的地方看到它们，所以研究人员不得不观察附近的宇宙。看到这些来源非常具有挑战性，因为星系中心也有恒星，研究人员需要将这些来源与周围的恒星区分开来。这就是为什么以前没有见过这些来源的原因。勒布没有参与这项新研究。
研究人员发现了10个活跃的星系核，是中等质量的黑洞，质量从大约36000到316000倍太阳质量。这些是我们所知道的星系中心的质量最低的黑洞。在附近的矮星系中心发现这些中等质量的黑洞事实上，在星系中心，有100万太阳质量的黑洞。研究人员发现，中等质量的黑洞质量越大，恒星的中心凸起通常就位于承载它们的星系中。类似的关系也存在于超大质量黑洞中。这表明构建黑洞的过程同样也会构建星系，它从较小的星系开始，在更大的星系中可见。
Loeb希望在许多小星系的中心看到中等质量的黑洞。“如果你回到早期的宇宙，这些是最常见的星系。“星系形成是一个分层的过程;星系从很小的地方开始，通过合并和吸收更多物质而在质量上增长。未来的研究可以探索超大质量黑洞是如何产生的。有一种可能性是，中等质量黑洞从恒星质量黑洞中产生，在早期宇宙中迅速吞噬周围的气体，而中等质量黑洞的合并有助于产生超大质量黑洞，引力波天文台将来可以探测到这种合并。然而对于科学家需要探索的中等质量和超大质量黑洞，还有其他可能的起源。例如，中等质量的黑洞可能起源于极其密集的星团中恒星的碰撞。此外在早期的宇宙中，有10万到100万太阳质量的黑洞可能是由坍塌的巨大气体云形成的。
越能了解中等质量和超大质量黑洞的起源，就越能了解星系和宇宙的演化。Chilingarian和他的同事正在利用智利的一个麦哲伦望远镜来提高他们对黑洞质量的估计，他们希望通过钱德拉x射线天文台来检查13个有希望的中型黑洞候选体。Chilingarian还指出，如果“eROSITA x射线太空望远镜”按计划于2019年发射，确认的中等质量黑洞的数量将会以数量级增长。Chilingarian和他的同事们在提交给《天体物理学》期刊的一项研究中详细阐述了他们的发现。
博科园-科学科普｜来自：Charles Q. Choi/Space
