在超大質(zhì)量黑洞周圍的吸積盤里，小黑洞間可以互相并合長大，從而打破黑洞禁區(qū)。

超大質(zhì)量黑洞周圍吸積盤的模擬。版權(quán)：Scott C. Noble。

自激光干涉引力波天文臺首次探測到雙黑洞并合產(chǎn)生的引力波以來，已探測到了至少10個雙黑洞旋進(jìn)從而并合的事件。但仍然有一個懸而未決的謎題：為什么這些黑洞的質(zhì)量這么大？其中一些黑洞的質(zhì)量遠(yuǎn)超由恒星爆炸死亡所能形成黑洞的上限，位于黑洞形成的禁區(qū)內(nèi)。

現(xiàn)在，有科學(xué)家提出了一種新的可能性。在圍繞星系中心超大質(zhì)量黑洞的吸積盤中，小黑洞會在相近的軌道上聚集，由此它們會發(fā)生多次并合，生長成更大的黑洞。

2017年7月29日，引力波探測器探測到了迄今質(zhì)量最大的黑洞并合事件，被稱為GW170729。在發(fā)生并合的兩個黑洞中，有一個的質(zhì)量超過了太陽的50倍以上。由恒星死亡坍縮而形成的黑洞不會具有如此大的質(zhì)量，因此天文學(xué)家認(rèn)為勢必存在其他的形成機(jī)制。也許，這個黑洞本身就是小黑洞不斷并合的產(chǎn)物。

如果一個黑洞想要吞并許多其他黑洞，就需要處于一個非常密集的環(huán)境中。例如，在一個相對較小的范圍內(nèi)聚集了大量恒星的球狀星團(tuán)，其中有些恒星會演化形成黑洞。在那里，一個黑洞可能會多次與其他黑洞相遇進(jìn)而發(fā)生并合。

此外，另一個能讓黑洞發(fā)生多次并合的地方就在超大質(zhì)量黑洞周圍的吸積盤里，它可以把盤內(nèi)較小的黑洞推入相近的軌道。就像在球狀星團(tuán)中那樣，這些小黑洞最終會發(fā)生多次的并合從而長大。

對吸積盤中小黑洞運(yùn)動的模擬顯示，類似于在引力波事件GW170729中所見的，在一系列并合之后，能形成質(zhì)量超過太陽50倍以上的黑洞。

圍繞超大質(zhì)量黑洞轉(zhuǎn)動的黑洞并合事件可能會具有不同于其他并合情形的旋轉(zhuǎn)特性。當(dāng)引力波探測器探測到更多的黑洞并合事件時，這一特性就能用來判斷這些禁區(qū)中的大質(zhì)量黑洞是否真的是通過小黑洞并合而成的。

截止目前，已證認(rèn)了10個黑洞并合事件，但是還有更多疑似黑洞并合的引力波候選事件，對它們的證認(rèn)仍在進(jìn)行中。

原文作者： Erika K. Carlson

編譯：程小桐

校審：謝懿