超大质量合并：90 亿年前黑洞碰撞形成的 Sgr A*

像我们这样的大型星系是超大质量星系的宿主黑洞（SMBH。它们的质量可能如此之大，以至于无法理解，其中一些的质量是太阳的数十亿倍。

我们的星系被命名为人马座 A* （Sgr A*），质量要小一些，约为 400 万太阳质量。

天体物理学家对 Sgr A* 进行了研究，以了解更多关于它的信息，包括它的年龄。他们说它形成于大约 90 亿年前。

SMBH 是宇宙中最迷人的天体。它们如此巨大，以至于它们的引力可以捕获光线。它们被一个称为吸积盘的旋转材料环包围，该吸积盘将材料送入孔中。

当它们积极进食时，它们被称为活跃的星系核 （AGN）。最亮的 AGN 被称为类星体，它们可以比整个星系更亮。

科学家如何确定这些混杂物体的年龄？他们如何学习我们的黑洞， Sgr A*， 形成？通过收集数据、拼凑数据并运行模拟。

这项工作于 2017 年 4 月正式开始，当时事件视界望远镜（EHT） 观测到星系 M87 中心的黑洞。那是我们第一次看到黑洞的图像，并随后在2022 年 EHT 观察到 Sgr A*.

发表在《自然天文学》上的新研究依靠 EHT 观测来确定 Sgr A* 的年龄和起源。它的标题是”银河中心黑洞过去合并的证据。“ 作者是 Yihan Wang 和 Bing Zhang，他们都是内华达大学拉斯维加斯分校的天体物理学家。

黑洞以两种方式生长。它们会随着时间的推移而积累物质，然后合并。天体物理学家认为，形成 SMBH 需要星系合并，Sgr A* 也不例外。它可能是通过合并形成的，尽管它也增加了材料。

Sgr A* 是不寻常的。它旋转迅速，相对于银河系没有对齐。根据 Wang 和 Zhang 的说法，这是过去合并的证据，可能与一个早已消失的卫星星系合并，称为盖亚-土卫二.

作者在他们的论文中写道：“事件视界望远镜 （EHT） 提供了银河系中心的 SMBH Sgr A* 的直接成像，表明它可能快速旋转，其自旋轴相对于银河系平面的角动量明显错位。

这对研究人员使用计算机模拟来模拟合并对银河系黑洞的影响。

“通过研究各种 SMBH 增长模型，我们在这里表明 Sgr A* 的推断自旋特性为过去的 SMBH 合并提供了证据，”作者写道。

他们的工作表明，具有高度倾斜轨道配置的 4：1 质量比合并可以解释 Sgr A* 的 EHT 观测结果。

“受到银河系和盖亚-土卫二合并的启发，其质量比为 4：1，由此推断盖亚数据中，我们发现 SMBH 的 4：1 主要合并具有相对于视线 （LOS） 的 145-180 度的二进制角动量倾角，可以成功复制 Sgr A* 的测量自旋特性，“作者在他们的工作中解释道。

“这次合并可能发生在大约 90 亿年前，在银河系与盖亚-土卫二星系合并之后，”UNLV 杰出的物理学和天文学教授、内华达州天体物理学中心的创始主任 Zhang 说。

“这一事件不仅提供了分层黑洞合并理论而且还提供了对我们银河系动态历史的见解。

“这一发现为我们了解超大质量黑洞如何生长和演化铺平了道路，”主要作者 Wang 在一份新闻稿中说。“Sgr A* 未对准的高自旋表明它可能已经与另一个黑洞合并，极大地改变了它的振幅和自旋方向。”

“我们银河系中的这一合并事件为 SMBH 形成和增长中的分层 BH 合并理论提供了潜在的观测支持，”作者在结论中写道。

当星系合并时，它们的中心黑洞也会合并。虽然这在很大程度上是理论上的，引力波天文台正在探测到越来越多的黑洞合并。

然而，由于我们的天文台的频率范围，他们只探测到恒星质量黑洞合并。SMBH 合并将产生低得多的引力波频率，这超出了探测器的范围，例如LIGO/Virgo/KAGRA.该系统的探测器靠得太近，无法检测到较低的频率。

作者还指出了 SMBH 合并率在其他模拟中确定的，例如Millenium 模拟，这表明在可观测的宇宙中每年可能有数百或数千个。

“推断的合并率与理论预测一致，表明预计在 2030 年代运行的星载引力波探测器的 SMBH 合并检测率很有希望。”

有计划建造可以检测这些较低 SMBH 合并频率的设施。欧洲航天局和美国宇航局正在计划一项名为丽莎（激光干涉仪空间天线）可以探测到这些波。LISA 将由三个航天器组成，它们作为干涉仪一起工作。每个航天器将长 250 万公里。

SMBH 是宇宙中最令人费解的天体之一，研究起来令人生畏。然而，即使没有任何 SMBH 合并的引力波证据，这项研究也有助于加深我们对这些合并的理解。

本文最初由今日宇宙.阅读原创文章.

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