星系中心的超大质量黑洞如何形成,主要理论是阶段整合(hierarchical merging),即超大质量黑洞是由一系列恒星级黑洞整合而成。球状星团或星系中心核星团(nuclear star clusters)等密集环境可能提供黑洞不断整合的机会,但整合产生的重力波也可能阻碍黑洞继续整合。
黑洞整合产生的重力波会释放能量和动量,可能让整合后黑洞获得大量速度,预估达每秒数百或数千公里。如果黑洞受到够大冲击,将离开母星团并进入深空,再整合的机会就下降许多。如果大部分黑洞下场如此,将动摇超大质量黑洞分阶段形成的主要理论。
最近印度Parthapratim Mahapatra团队将数学模型用于LIGO和Virgo探测到的47个黑洞整合事件,以研究黑洞被踢出各类型星团的可能性。团队估算每事件的冲击速度,这取决于整合黑洞的质量比、角动量和其他因素。如GW190521是迄今检测到最大规模的黑洞整合事件,将有50%机会以秒速700公里留在核星团,意味GW190521的巨大产物很可能未来再次整合。
不过球状星团比核星团更不容易保留整合后黑洞,因球状星团逃逸速度较低。40个事件中,团队预估有17个会留在核星团,只有2个留在球状星团。这项研究未必是阶段整合(hierarchical merging)理论的有力支持,但也找出可能发生的环境,对将来研究仍有重要意义。