流浪黑洞

王安逸

在科幻大片《星際穿越》中，男女主角前往黑洞附近的某顆行星，并在那里待了1小時(shí)，而在一個(gè)距離黑洞遙遠(yuǎn)的世界上此時(shí)已經(jīng)過(guò)了十多年。黑洞會(huì)讓時(shí)間變慢是有科學(xué)依據(jù)的?？茖W(xué)家驚奇地發(fā)現(xiàn)，有時(shí)，當(dāng)黑洞互相靠近并彼此碰撞時(shí)，竟然會(huì)創(chuàng)生能夠在太空中游走的黑洞——“流浪黑洞”。黑洞碰撞看似稀奇，但我們所處的銀河系將與室女星系在40億年后發(fā)生碰撞，屆時(shí)位于這兩個(gè)星系中心的超大質(zhì)量黑洞也將碰撞、合并。

2000年，美國(guó)科學(xué)家加來(lái)道雄發(fā)現(xiàn)，在銀河系的外圍存在一些會(huì)移動(dòng)的黑洞。它們一路游走，一路吞噬沿途的所有物質(zhì)。

這些流浪黑洞沒有黑洞常見的吸積盤（比如人馬座A和位于m87星系中心的超大質(zhì)量黑洞），因此難以發(fā)現(xiàn)它們的行蹤。

星系碰撞的過(guò)程極其復(fù)雜，而不像兩輛汽車迎面相撞那么簡(jiǎn)單直接。星系中含有大量氣體、恒星、行星、小行星和暗物質(zhì)。當(dāng)兩個(gè)星系撞在一起時(shí)，上述物質(zhì)會(huì)彼此作用，相互交換天量的能量和角動(dòng)量。最終，相撞的黑洞會(huì)發(fā)生融合。

黑洞的結(jié)構(gòu)

黑洞在融合過(guò)程中會(huì)釋放強(qiáng)烈的引力波，期間可能會(huì)將其中一個(gè)黑洞彈射出去，科學(xué)家將此稱為“引力反沖”。吸積盤圍繞黑洞旋轉(zhuǎn)，并不斷被拖入黑洞中。然而，在黑洞吞噬周圍物質(zhì)的同時(shí)，被吞噬物質(zhì)的角動(dòng)量并沒有憑空消失，而是轉(zhuǎn)移給了黑洞。雖然黑洞本質(zhì)上只是體積無(wú)限小的奇點(diǎn)，但是它們依然在旋轉(zhuǎn)，因此黑洞也具有角動(dòng)量。當(dāng)兩個(gè)黑洞互相碰撞時(shí)，它們各自的穩(wěn)態(tài)都會(huì)被攪亂，物質(zhì)和能量的分布變得極不均勻：有的地方能量多，有的地方能量少，于是，一部分黑洞就在巨大的能量差下，以直線運(yùn)動(dòng)的形式被猛烈彈射出去。

這些可怕的宇宙殺手是如何長(zhǎng)成吞噬一切的怪物的？科學(xué)家認(rèn)為，流浪黑洞最初由潛伏在那些小個(gè)子星系（也被稱為“矮星系”）中央的黑洞演化而來(lái)。在數(shù)十億年的漫長(zhǎng)歲月中，多個(gè)矮星系逐漸融合成普通大小的星系，也就是和銀河系差不多大小，這些星系中央的小型黑洞也逐漸融合成更大的黑洞。

當(dāng)兩個(gè)星系碰撞后，會(huì)形成一個(gè)“遺跡黑洞”和一個(gè)被彈射出去的“反沖黑洞”，后者就是流浪黑洞。流浪黑洞能夠逃逸到星系的外圍，例如銀河系最外層的光暈區(qū)。據(jù)統(tǒng)計(jì)，在銀河系外圍潛藏著數(shù)以百計(jì)的流浪黑洞，其中每個(gè)的質(zhì)量都在0.1萬(wàn)～10萬(wàn)個(gè)太陽(yáng)質(zhì)量。

2020年的一項(xiàng)研究表明，大量超大質(zhì)量的流浪黑洞正在宇宙中穿梭。據(jù)科學(xué)家測(cè)算，在我們周圍宇宙中的所有黑洞中，約10%的黑洞質(zhì)量來(lái)自這些流浪黑洞，數(shù)以百計(jì)的流浪黑洞早晚都會(huì)經(jīng)過(guò)銀河系。

不過(guò)，你不用擔(dān)心，因?yàn)榈厍蚴前踩摹壳坝^測(cè)到的哪怕距離地球最近的流浪黑洞也在數(shù)千光年之外。天文學(xué)家尤其希望能找到流浪黑洞，因?yàn)樗鼈兌际倾y河系的歷史遺跡。通過(guò)研究流浪黑洞，我們就能了解銀河系的過(guò)去，以及早期宇宙中黑洞的形成過(guò)程。