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一个犹他大学的天体物理学家领导的研究发现了在大部分星系中心的超重黑洞成长的新解释：它们不停地捕获和吞噬靠得太近的双星中的一颗恒星。

通过新的计算和以前对于我们所在的银河系及其它星系的观测，“我们发现黑洞急剧增大是吸入捕获的双星伴侣的结果。”这项研究的第一作者，物理和天文教授Ben Bromley说道，该项研究于4月2日在线发布在《天体物理学期刊快报》（Astrophysical Journal Letters）上。

“我相信这个应该是成长中的超重黑洞的主要方式，”他补充说：“成长成超重黑洞有两种方式：通过气体云以及通过恒星。有时那里会有气体，有时没有。我们从对于其它星系的观测中了解到这一点。但是恒星总是有的。”

“我们的机制是一个非常高效的将恒星送入黑洞的方式。”Bromley说：“将一个单独的恒星瞄准黑洞很难。但是将一个双星系统扔过去则容易得多，”就像要击中一个目标，使用一个弹弓将一块石头掷出比甩出一个两端用绳索连起等重物体的bola套索要困难得多。

一对绕彼此运动的双星“基本上就是一个比独自的恒星要大上许多的单个物体，因此它与黑洞的相互作用更加有效。”他解释说：“双星并不需要靠近到其中的一个单独的恒星被扯出来并被捕获。“

但是，为了证明该理论需要更加强大的望远镜去寻找三个关键证据：大量的靠近超重黑洞被捕获的小恒星，更多对于正在被黑洞的引力所撕碎的恒星的观测，以及大量的当其双星伴侣被捕获时，以超过一百万英里每小时的速度从星系中甩出的“超高速恒星”。

犹他大学的天体物理学家 Bromley，和马萨诸塞州剑桥的史密森尼天体物理天文台的天文学家Scott Kenyon， Margaret Geller 及 Warren Brown一道进行了该项研究。该工作由这两个单位资助。

超重的黑洞吃什么：气体还是恒星？

黑洞是太空中的致密物体，即使光也无法逃脱它们的引力，尽管在气体和恒星被吸入黑洞时，强大的光束和能量会从黑洞的周围放出。

小型的黑洞来自于单个恒星的坍塌。但是在大多数星系——包括在我们的银河系——的中心，被通常所称的“超重”黑洞所占据，这些黑洞的质量范围从一百万到一百亿个太阳质量不等。

长期以来，天体物理学家为超重的黑洞在宇宙从被称为大爆炸的物质和能量的巨大膨胀而开始的140亿年中如何成长而争论不休。一方相信黑洞主要是通过吸入大量的气体而变大，另一方则说黑洞是主要通过捕获和吸入恒星长大的。

就在上个月，另外的研究者发布了一个理论，认为黑洞通过倾斜它的”盘子“吸入它的”食物“——两个倾斜的气体吸积盘环绕黑洞时发生碰撞——这种方式让高速运动的气体减速，从而黑洞可以吞噬它们。

Bromley说这个理论克服了一个关键问题：气体流入黑洞效率不高。“但是没有对齐的气体盘是否足够普遍，以致对于黑洞的成长至关重要？”他问道：“公平的说，气体对于黑洞的成长有贡献，但是如何贡献还不能确定。”

新的关于双星——一对围绕彼此运动的恒星——的理论起源于Bromley早期为解释超高速恒星所做的研究，这些超高速恒星被观测到以从一百一十万至一百八十万英里每小时的高速离开我们的银河系，与之对比的是，大部分恒星大约以三十五万英里每小时的速度运动。

大声咀嚼双星：一个被捕获，另一个高速离开

“我们看到的超高速恒星来自靠近星系中的大质量黑洞的双星。”他说：“黑洞将双星中的一个剥下，另一个伴侣——超高速恒星——则被引力弹弓作用甩出。”

“我们将观测到的超高速恒星的数目和其它的证据放到一起，发现了双星遭遇（我们星系中的超大质量恒星）的比例意味着星系中黑洞的大部分质量都来自双星。”Bromley说道。“我们估计了其它星系当中形成这些超重黑洞的相互作用，并发现它们也能以这种方式成长到上十亿个太阳质量。”

他补充说，在所有的恒星当中，大约有一半是双星系统，因此在银河系和其它星系中很充足。但是这个研究里面仅仅保守估计了百分之十的恒星位于双星系统中。

这些新研究审视了超重的黑洞吃掉双星过程中的每一步，并且计算了为了该过程所进行，超高速恒星的产生率、双星伴侣被捕获的比率、以及被捕获的恒星束缚于黑洞的拉长的轨道上并被最终吸入的比率需要是多少。

这些科学家将结果和实际的对于超重黑洞、它们周围的恒星群以及那些其它星系中的黑洞在把恒星拉进去的过程中撕碎恒星的“潮汐撕裂事件”的观测进行了比较。

“它们在一起很符合，这种方式有效。”Bromley说道：“当我们看向我们恒星是如何聚集到我们星系的中心的观测时，很明显大部分的黑洞质量很可能来自于被撕裂的双星。”

他将超重黑洞捕获从双星系统中捕获恒星的过程比作“向浴缸中注水”。一旦“浴缸”——黑洞周围的区域——被一团捕获的行星所占据，它们在超过百万年的时间内“向下并且漏到”黑洞中。他的研究表明“浴缸”注水和漏水的比率几乎一样，意味着被超重黑洞所捕获的恒星最终会被吞噬。

这项研究的关键结论：

——该研究精确地预言了观测到的超高速恒星离开我们的星系的比率（每一千到十万年一个），以及恒星被捕获到所看到的我们星系中央的超重黑洞附近的恒星团的比率。

——“潮汐撕裂事件”——在其它星系当中恒星被撕裂并被拉进超重黑洞——的比率，基于从二十一世纪早期首次观测到之后的有限的数目，也符合理论预言。这个比率是每一千到十万年一个。

——计算显示理论的双星捕获比率和消耗率如何能解释银河系中的超重黑洞在过去的五十到一百亿年间的质量如何增长了两到四倍。

当研究者们考虑靠近银河系中央的恒星的数目、它们的速度和它们遇上超重黑洞的几率时，他们预计，每一千年，一个双星系统会被黑洞的引力所撕开。

在过去的一百亿年里面，这意味这银河系的超重黑洞吃掉了一千万个太阳质量——这比这个黑洞的实际质量——四百万太阳质量——还要多不少。

“我们发现很大一部分的黑洞质量都可以用这种过程来解释。”Bromley说。

验证这个理论需要等待更加强大的基于轨道和地面的望远镜。为了验证这个理论，这些望远镜需要找到银河系超重黑洞附近的星团中的更多恒星（我们现在只能看到里面最明亮的部分），在南方天空中超高速恒星的出现率，以及观测到更多的在其它星系中被撕碎的恒星。