黑洞的碰撞或许可以解释银河系里的S型星

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原文作者：克里·汉斯莱（Kerry Hensley ）

翻译：杨幸允

校对：牧夫校对组

编排：陶邦惠

后台：朱宸宇

https://aasnova.org/2025/07/21/how-a-black-hole-collision-could-explain-the-milky-ways-s-stars/

甚大望远镜（Very Large Telescope）眼中银河系中央的恒星。图片来源：欧南台（ESO）和S·吉勒森（S. Gillessen）

新的研究表明，银河系中心的黑洞和一个更小的黑洞曾经发生的碰撞可以解释S型星的运动轨迹。这些恒星的轨道离我们银河系的超大质量黑洞很近。

 前往银河系中心

银河系的中心蕴育着一个400 万太阳质量的超大质量黑洞（人马A* 或Sgr A*）。这个庞然大物最近的邻居是一个由大质量年轻恒星组成的致密圆盘和一群位于银河系中心48光日内、被称为 “S型星”的恒星。

虽然圆盘中的恒星排列有序，沿着中等偏心率、倾角较小的轨道运行；但是S型星却以各种偏心率和倾角围绕着黑洞Sgr A*运动。目前为止，天文学家们仍不清楚这种不寻常的恒星分布的成因。

 当黑洞相撞时

前人的研究一直在努力解释S型星的轨道。一个合理的S型星起源理论必须能够解释这些恒星轨道的高偏心率（平均值为e = 0.61）和高倾角（平均值为i = 79º），而且这些特征还必须在恒星1500万年的寿命内出现。

在最近的一篇论文中，由科罗拉多大学博尔德分校的秋叶龙也（Tatsuya Akiba）带领的研究团队提出了一个新的假设来解释（S型星的）这些特征：Sgr A*在不算遥远的过去吸收了一个较小的黑洞；并合后的结果形成了今天看到的恒星分布。

银河系中S型星形成的示意图

图片来源：秋叶等人（2025）

这个新理论并不牵强：在近140亿年的高龄中，银河系很可能已经多次吞食了邻近的矮星系和球状星团。当恒星和气体 “大餐 ”中的一个黑洞与银河系的中心黑洞并合时，它们的碰撞会导致Sgr A*发生反冲——在这个过程中，它附近的恒星可能会被重新排列。

 彻底重组

秋叶与合作者们利用 N体模拟来研究这种碰撞的结果。在他们的模拟中，Sgr A*位于一个由恒星或气体组成的轴对称圆盘中。一个较小的黑洞坠入Sgr A*，向内螺旋掉落，与较大的黑洞并合。由于引力波的不对称辐射，Sgr A*发生反冲，将周围的恒星和气体扭曲成一个偏心盘。要使这个圆盘的偏心率与现在Sgr A*周围的恒星圆盘中观测的偏心率相符，落入Sgr A*的黑洞的质量必须为大约 20 万个太阳质量。

（两个黑洞）并合后，在轨道外围的恒星通过偏心Kozai-Lidov机制使最内层恒星的倾角和偏心率变高。经过 200 万年的模拟时间后，这种相互作用导致了与目前观测的结构相似的恒星分布：一个偏心率中等的恒星圆盘包围着一群有高偏心率、高倾角轨道的“S型星”。

模拟开始时（左列）和 200 万年后（右列）的结果对比。倾角大于 30 度的轨道为洋红色。注意各行之间的比例差异。图片来源：秋叶等人（2025）

虽然模拟中S型星的特征与真实的恒星特征并不完全吻合——平均来说，模拟中的恒星的倾角和偏心率较低——但研究者们指出，这项工作是他们假设的首次尝试。要想全面了解银河中心恒星的起源，天文学家们还需要在更大的参数空间中进行建模研究。

论文原文：https://doi.org/10.3847/2041-8213/addc5d

责任编辑：郭皓存

牧夫新媒体编辑部