黑洞是宇宙中最神秘也最具力量的物体，犹如一只可以吞噬万物的怪兽。然而，天文学家刚刚发现，黑洞也有被别的力量所主宰的时候：一个遥远的超大质量黑洞被引力波的巨大力量推出了所在星系的中心。
天文学家此前有过几个类似的发现，但只是推测黑洞疑似被推出星系中心，而没有确凿的证据。这一次，哈勃空间望远镜（Hubble Space Telescope）探测到的结果提供了非常有力的证据。
这个被“踢出”星系中心的黑洞的质量超过10亿个太阳，是迄今为止科学家观测到的被踢出星系中心的黑洞中质量最大的。
研究人员估计，把这个黑洞推出星系中心所需要的能量大概相当于1亿颗超新星同时爆发释放的能量。他们认为，这个庞然大物是被宿主星系中心两个巨型黑洞的合并所产生的引力波推出去的。这是对如此巨大的能量最合理的解释。
爱因斯坦最早预测了引力波——这种空间中的涟漪是两个大质量物体碰撞时产生的。这种涟漪和一块大石头被扔进池塘后，池水产生的同心环很相似。去年，激光干涉引力波天文台（LIGO）帮助天文学家确认了引力波的存在。科学家从两个恒星质量级别的黑洞的合并中探测到引力波的产生。这两个黑洞的质量分别是太阳的29倍和36倍。
这一次，哈勃空间望远镜对这个奇特黑洞的观测让研究团队感到很惊讶。“当我第一次看到这个的时候，我想我们正在目睹非常奇怪的东西”，该团队的领导者、位于美国马里兰州巴尔的摩的美国空间望远镜科学中心（STScI）和约翰霍普金斯大学的马可·齐博格（Marco Chiaberge）说：“当我们将来自哈勃空间望远镜、钱德拉X射线天文台和斯隆数字巡天计划的观测数据进行分析的时候，所有结果都指向了同一种情况。我们收集到的数据量，从X射线到紫外线再到近红外线，绝对要比其他任何候选黑洞的数据都要多。”
钱德勒X射线天文台拍摄到的3C 186。位于视场中心的明亮点源是类星体。由环状符号标记的区域对应于星系核的位置。图像中上方是北，左侧是东。
哈勃空间望远镜的图像在可见光和近红外线波段提供了最初的证据，显示这个星系非常特别。这些图像展示了一个明亮的类星体——这是黑洞的能量标记——位于远离星系核的地方。
黑洞不能被直接观测到，但是它们是类星体中心区域的能量源。剧烈、致密的辐射喷泉，可以比整个星系还明亮。这个类星体——编号3C 186——所在的宿主星系位于距地球80亿光年的一个星系团中。这个研究团队使用哈勃空间望远镜对正在合并同时释放出强大辐射冲击波的遥远星系进行一项观测，就是在这个时候，他们发现了3C 186所在星系的奇异特征。
“我预期会看到很多合并星系，也期待看到在类星体周围有凌乱的宿主星系，但是我真的没有想过看到一个类星体被移出规则形状星系的星系核”，齐博格说：“黑洞位于星系的中心，所以看到一个类星体没有在中心是很奇怪的。”
这个团队通过将宿主星系中星光的分布与计算机模型中一个正常的椭圆星系的星光分布进行比较，计算了黑洞到核的距离。计算的结果表明，这个黑洞距离星系中心有35000光年，这要大于太阳到银河系中心的距离。
根据哈勃空间望远镜和斯隆数字巡天的光谱观测，研究人员估计这个黑洞的质量，并测量了在这个庞然大物周围被俘获的气体的速度。团队成员、来自STScI的贾斯汀·伊莱（Justin Ely）说到：“出乎我们意料的是，我们发现黑洞周围的气体以每小时470万英里（约756万千米）的速度飞离星系的中心。”这个数值也是黑洞的速度，因为气体被这个巨兽引力锁定。
天文学家计算出这个黑洞移动的速度是如此之快，以至于它从地球移动到月球只需要3分钟。这个速度足够快，使得这个黑洞能在2000万年的时间里从这个星系中逃出，并从此永远地在宇宙中游荡。
哈勃空间望远镜的图像还揭示了一个有趣的线索，可以帮助解释黑洞的位置。宿主星系有微弱的弧形特征，称作潮汐尾（tidal tail），这是由两个碰撞星系的引力拖拽形成的。这个证据表明在3C 186系统和另一个星系之间可能存在合并。每个星系中心都有一个巨大的黑洞，两个黑洞最终会合并。
3C186星系
根据这个线索以及理论计算，研究人员制作了一个模型去描述这个庞然大物是如何被驱逐出中心位置。根据他们的理论，两个星系合并，它们的黑洞位于新形成的椭圆星系的中心。
当两个黑洞彼此环绕旋转的时候，释放出引力波，就像是草地喷灌器喷水一样。由于两个黑洞不断地辐射出引力能，它们会不断靠近。如果两个黑洞没有相同的质量和旋转速率，它们在一个方向上发射出的引力波就会更强。当两个黑洞碰撞的时候，他们停止产生引力波。这个新产生的黑洞接着会在最强引力波相反的方向反冲，就像是一枚火箭一样发射出去。
这组图说明了引力波是如何将黑洞从星系中心移开的。图1展示了两个星系的合并，每个星系的中心都有一个黑洞。图2展示的是在这个新合并的星系中心，两个黑洞环绕彼此旋转，这就产生了引力波。伴随着这两个巨大的物体持续地辐射引力能量，一段时间后它们距离彼此更近，正如图3展示的那样。如果这两个黑洞没有相同的质量和旋转速率，那它们释放的引力波在某个特定方向上就会更强，如图3中左上方的明亮区域。在图4中，两个黑洞最终合并，形成一个巨型黑洞。合并过程中释放的能量将黑洞沿着最强引力波相反的方向从星系中心推开。
研究人员很幸运能够捕捉到这个特殊的事件，因为并不是每个黑洞合并事件都会产生不平衡的引力波，并将黑洞推向相反的方向。“这个不对称取决于诸如质量以及在合并前黑洞旋转轴的相对方向等因素”，团队成员、STScI和约翰霍普金斯大学的科林·诺曼（ColinNorman）说到：“这也是为什么这样的物体如此少见的原因。”
如果这些研究人员的解释是正确的话，那么观测应该可以提供有力的证据证明超大质量黑洞实际上可以合并。天文学家已经有证据表明恒星质量级别的黑洞会发生碰撞，但是涉及到超大质量黑洞的过程更复杂，因此到目前为止，这个过程并未被完全理解。
这个团队希望可以再次使用哈勃空间望远镜，同时使用阿卡塔玛大型毫米/亚毫米阵列（ALMA）和其他设备，去更精确地测量黑洞的速度和它的气体盘，由此获得对这样奇怪物体的本质更深刻的洞见。
位于智利北部阿卡塔玛沙漠的大型阵列
来源：
https://phys.org/news/2017-03-hubble-supermassive-black-hole-galactic.html
https://www.nasa.gov/feature/goddard/2017/gravitational-wave-kicks-monster-black-hole-out-of-galactic-core
http://www.spacetelescope.org/static/archives/releases/science_papers/heic1706/heic1706a.pdf
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