作为一个巨大的螺旋星系，银河系被认为是由许多较小的矮星系合并而成的。例如，在南部天空中看到的麦哲伦云是将合并成银河系的矮星系。每一个落入黑洞的矮星都可能会带来一个巨大的黑洞，其质量是太阳的数万或数十万倍，可能注定会被银河系中心的超大质量黑洞吞噬。

但是矮星系多久包含一个巨大的黑洞是未知的，这给我们对黑洞和星系如何共同成长的理解留下了一个关键的空白。发表在《科学》杂志上的新研究天体物理学杂志》上通过揭示大质量黑洞在矮星系中比之前认为的要常见许多倍，有助于填补这一空白。

该研究的主要作者、北卡罗来纳大学教堂山分校的博士生穆格达·波利梅拉说:“这个结果真的让我大吃一惊，因为这些黑洞以前都隐藏在人们的视线中。”

传递模棱两可的信息

黑洞通常是在它们通过吸收周围旋转的气体和星尘而活跃地生长时被探测到的，这使得它们发出强烈的光芒。

北卡罗来纳大学教堂山分校教授希拉·坎纳潘是波利梅拉的博士导师，也是这项研究的合著者，她把黑洞比作萤火虫。

“就像萤火虫一样，我们只有在黑洞被照亮的时候才能看到黑洞——当它们生长的时候——而被照亮的黑洞给了我们一个线索，让我们知道有多少黑洞是我们看不到的。”

问题是，当成长中的黑洞发出独特的高能辐射时，年轻的新生恒星也会发出这种辐射。传统上，天文学家通过诊断测试来区分正在增长的黑洞和新恒星的形成，这些测试依赖于每个星系可见光的详细特征，当它们像彩虹一样扩散成光谱时。

当与Kannappan一起工作的本科生试图将这些传统测试应用于星系调查数据时，发现之路就开始了。研究小组意识到，一些星系发出的信息是混杂的——两项测试表明黑洞正在增长，但第三项测试只表明恒星正在形成。

“以前的工作只是从统计分析中排除了这些模棱两可的情况，但我有一种预感，它们可能是矮星系中未被发现的黑洞，”Kannappan说。她怀疑第三个有时相互矛盾的测试比另外两个测试对矮星的典型特性更敏感:它们的元素组成简单(主要是大爆炸产生的原始氢和氦)，以及形成新恒星的高速率。

该研究的合著者、埃隆大学副教授克里斯·理查森(Chris Richardson)通过理论模拟证实，混合信息的测试结果与理论预测的原始组成、高度形成恒星的矮星系包含一个不断增长的大质量黑洞的结果完全吻合。理查森说:“我的模拟结果与Kannappan小组的发现一致，这让我对探索星系如何演化的含义感到兴奋。”

对不断增长的黑洞进行普查

Polimera接受了一项挑战，对不断增长的黑洞进行新的普查，同时关注传统和混合信息类型。她获得了可见光光谱特征的公开测量结果，以测试在Kannappan, RESOLVE和ECO领导的两次调查中发现的数千个星系中的黑洞。这些调查包括研究恒星形成的理想的紫外线和无线电数据，它们有一个不寻常的设计:虽然大多数天文调查选择的样本倾向于大而明亮的星系，但RESOLVE和ECO是当今宇宙中大量矮星系的完整清单。

波利梅拉说:“对我来说，重要的是我们没有把黑洞搜索的重点放在矮星系上。”“但在观察整个普查过程时，我发现这种新型的黑洞几乎总是出现在矮星上。当我第一次看到这些数字时，我被吓了一跳。”

她在矮星系中发现的所有正在生长的黑洞中，有80%以上属于这种新型黑洞。

结果似乎太好了。“我们都很紧张，”波利梅拉说。“我想到的第一个问题是:我们是否错过了一种方法，即仅靠极端的恒星形成就可以解释这些星系?”她领导了一次详尽的搜索，寻找恒星形成、模型不确定性或奇异天体物理学的替代解释。最后，研究小组被迫得出结论:新发现的黑洞是真实存在的。

“我们还在掐自己，”Kannappan说。“我们很高兴能够追求无数的后续想法。我们发现的黑洞是超大质量黑洞的基本组成部分，就像我们银河系中的黑洞一样。我们想了解他们的东西太多了。”

这项研究得到了美国国家科学基金会的部分资助。