合併後的黑洞會被踢出星團?

作者 | 發布日期 2021 年 11 月 25 日 8:45 | 分類 天文 Telegram share ! follow us in feedly


星系中心的超大質量黑洞如何形成,主要理論是階段合併(hierarchical merging),即超大質量黑洞是由一系列恆星級黑洞合併而成。球狀星團或星系中心核星團(nuclear star clusters)等密集環境可能提供黑洞不斷合併的機會,但合併產生的重力波也可能阻礙黑洞繼續合併。

黑洞合併產生的重力波會釋放能量和動量,可能讓合併後黑洞獲得大量速度,預估達每秒數百或數千公里。如果黑洞受到夠大衝擊,將離開母星團並進入深空,再合併的機會就下降許多。如果大部分黑洞下場如此,將動搖超大質量黑洞分階段形成的主要理論。

最近印度Parthapratim Mahapatra團隊將數學模型用於LIGO和Virgo探測到的47個黑洞合併事件,以研究黑洞被踢出各類型星團的可能性。團隊估算每事件的衝擊速度,這取決於合併黑洞的質量比、角動量和其他因素。如GW190521是迄今檢測到最大規模的黑洞合併事件,將有50%機會以秒速700公里留在核星團,意味GW190521的巨大產物很可能未來再次合併。

不過球狀星團比核星團更不容易保留合併後黑洞,因球狀星團逃逸速度較低。40個事件中,團隊預估有17個會留在核星團,只有2個留在球狀星團。這項研究未必是階段合併(hierarchical merging)理論的有力支持,但也找出可能發生的環境,對將來研究仍有重要意義。

(本文由 台北天文館 授權轉載;首圖來源:NASA