超大质量黑洞Sgr A位于银河系中心，其质量约为400万个太阳质量。科学家通过研究和模拟推测，Sgr A形成于大约90亿年前，可能是通过与一个质量比为4:1的黑洞合并而形成的。这次合并可能与银河系与一个名为盖亚-恩克拉多斯的卫星星系的合并有关。
这是我们银河系中心的超大质量黑洞 Sgr A* 的第一张图像。 （EHT）
像我们这样的大型星系是超大质量黑洞（SMBH）的宿主。它们的质量可能大到难以理解，其中一些星系的质量比太阳大数十亿倍。
我们的星系被命名为人马座 A* (Sgr A*)，质量稍微温和一些，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九十亿年前。
超大质量黑洞是宇宙中最迷人的天体。它们的质量如此之大，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，该材料将材料送入孔中。
当它们活跃地进食时，它们被称为活动星系核（AGN）。最明亮的活动星系核被称为类星体，它们的亮度可以超过整个星系。
科学家如何确定这些混杂物体的年龄？他们如何得知我们的黑洞Sgr A* 何时形成？通过收集数据、将其拼凑在一起并运行模拟。
这项工作于 2017 年 4 月正式开始，当时事件视界望远镜(EHT) 观测到了 M87 星系中心的黑洞。那是我们第一次看到黑洞的图像，随后在2022 年 EHT 观测到了 Sgr A* 。
黑洞以两种方式生长。随着时间的推移，它们会积累物质，然后融合。天体物理学家认为，需要星系合并才能形成超大质量黑洞，Sgr A* 也不例外。它很可能是通过合并形成的，尽管它也积累了材料。
这幅艺术家的构想描绘了一个年轻、富含恒星的星系核心的超大质量黑洞 (SMBH)。黑洞通过两个过程生长：吸积和合并。 （美国宇航局/加州理工学院喷气推进实验室）
A* 中士很不寻常。它旋转很快，并且相对于银河系是错位的。王和张表示，这是过去合并的证据，可能是与一个早已消失的卫星星系盖亚-恩克拉多斯合并的。作者在论文中写道：“事件视界望远镜 (EHT) 提供了银河系中心 SMBH Sgr A* 的直接成像，表明它可能快速旋转，其自转轴相对于银道面的角动量明显错位。”
两位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。
作者写道：“通过研究各种SMBH增长模型，我们表明推断的Sgr A*自旋特性提供了过去SMBH合并的证据。”他们的工作表明，4:1 质量比合并与高度倾斜的轨道结构可以解释 Sgr A* 的 EHT 观测结果。
“受银河系与盖亚-土卫二合并的启发，根据盖亚数据推断，盖亚-土卫二的质量比为 4:1，我们发现，SMBH 的一次 4:1 主要合并，双星角动量倾角为 145-相对于视线 (LOS) 180 度可以成功复制测量到的 Sgr A* 的自旋特性，”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，”内华达大学拉斯维加斯分校物理学和天文学杰出教授、内华达天体物理中心创始张主任说。
研究中的这张图显示了黑洞合并如何产生一个质量更大的单一黑洞，其旋转与宿主星系不对齐。 （王、张2024。）
“这一事件不仅提供了分级黑洞合并理论的证据，而且还提供了对我们星系动态历史的见解。”
盖亚-土卫二与银河系合并的模拟与盖亚数据相匹配。合并的残余物遍布整个银河系。 （ESA：艺术家的印象和构图/Koppelman、Villalobos 和 Helmi：模拟）
主要作者王在一份新闻稿中说：“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。” “人马座 A* 错位的高自旋表明它可能已与另一个黑洞合并，从而极大地改变了其自旋的幅度和方向。”作者在结论中写道：“我们银河系中的这次合并事件为超大质量黑洞形成和生长过程中的分层黑洞合并理论提供了潜在的观测支持。”
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，但引力波天文台正在探测到越来越多的黑洞合并。
然而，由于我们天文台的频率范围，他们只检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，超出了LIGO/Virgo/KAGRA等探测器的范围。该系统的探测器距离太近，无法探测到较低的频率。
作者还指出了在千禧年模拟等其他模拟中确定的SMBH合并率，这表明可观测的宇宙中每年可能存在数百或数千个SMBH。
“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对SMBH合并的检测率很有希望。”
有计划建造能够检测这些较低SMBH合并频率的设施。 ESA 和 NASA 正在计划一项名为LISA （激光干涉仪太空天线）的任务，该任务可以探测到这些波。 LISA 将由三个作为干涉仪一起工作的航天器组成。每艘航天器的长度为 250 万公里。
超大质量黑洞是宇宙中最令人费解的天体之一，研究起来令人畏惧。然而，即使没有任何SMBH合并的引力波证据，这项研究也有助于为加深我们对这些合并确实发生时的理解奠定基础。
本文最初由今日宇宙发表。阅读原文。