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银河系或存在中等质量黑洞

时间:2017-09-07 16:15 点击:

  核心提示:英国杂志近日发表的一篇论文称,日本科学家在银河系中心附近的一团分子气体云中发现了一个黑洞,其质量约为太阳的10万倍。这个新现身的中等黑洞,将向人类提供关于超大质量黑洞(如位于银河系正中央的黑洞)如何形成的极其重要的线索。 黑洞是宇宙中的庞然大物

英国杂志近日发表的一篇论文称,日本科学家在银河系中心附近的一团分子气体云中发现了一个黑洞,其质量约为太阳的10万倍。这个新“现身”的中等黑洞,将向人类提供关于超大质量黑洞(如位于银河系正中央的黑洞)如何形成的极其重要的线索。

黑洞是宇宙中的庞然大物。一般认为,在所有星系的中心,都存在超大质量黑洞,而横亘在银河系中央的超大质量黑洞质量大约为太阳的400万倍。理论认为,存在于星系中央的黑洞,质量最高可达太阳的100亿倍。然而,我们不知道它们是如何获得如此大的质量,尤其是那些盘踞在相对年轻星系(只有几亿年)中的黑洞。

天文学家已经找到了迄今为止最有力的证据,证明了一个中等大小黑洞的存在——它比由一颗恒星形成的小黑洞要大,但又比那些潜伏在星系中心的大黑洞小得多。最重要的是,它就隐藏在我们的银河系里。如果这一发现得到证实,则可能表明银河系是通过吞噬周围较小的邻居而发展起来的。

科学家在银河系中发现了一个中等质量黑洞。图片来源:ESO/S. Guisard

“这是一篇非常严谨的论文,他们的数据非常漂亮。”苏黎世瑞士联邦理工学院天文学家Kevin Schawinski说,“对于一个中等质量的黑洞而言”,这是迄今为止最有希望的证据。

黑洞是很难被观测到的,这是因为它们不发光。然而,可以通过分析对附近天体的影响来探测黑洞的存在,例如,如果黑洞与一颗恒星处于一个双星系统中,或者如果它正在消耗气体,那么此时它就会被加热进而发光。长期以来,天文学家一直在星系中心寻找恒星大小的小型黑洞(它们的质量大约是太阳的10倍),以及特大质量黑洞(相当于数百万个或数十亿个太阳的质量)存在的证据。

但是,中等大小的黑洞却一直未被发现。到目前为止,最好的候选者都是位于星系附近的所谓超亮X射线源。但研究人员对它们是否真的是中等大小的黑洞存在分歧,因为其吸收了大量的周围气体,或者以极快的速度吸收少量的气体。

去年,日本横滨庆应大学的Tomoharu Oka领导的一个研究团队报告说,他们在银河系中心附近发现了一种特殊的分子气体云,并称其为CO-0.40-0.22。这些云中的气体由日本国家天文台45米的Nobeyama射电望远镜所观测到,它的移动速度非常快,以至于研究人员怀疑有什么东西藏在那里。对气体运动进行的模拟显示,这是一个相当于10万个太阳质量的黑洞。

从那以后,研究小组使用其他仪器对该云团进行了研究,特别是利用了阿塔卡马大型毫米/亚毫米波阵列(ALMA),这是一组位于智利安第斯山脉的66个碟形天线,它们的波长比传统的射电天文望远镜要短。这些碟形天线的间距很宽——可以设置为16公里,从而让阵列能够在遥远的天体上看到非常精细的细节。

正如Oka和他的同事9月5日在《自然—天文学》杂志上所指出的,他们在利用ALMA研究CO-0.40-0.22的过程中,在云团的中心附近发现了一种特别密集的气体,其速度分布表明附近存在一个巨大的天体。而这些气体的旁边是一个微弱的无线电波源。这一来源的光谱与人马座A*(Sgr A*)非常相似,它被认为是位于银河系中心的一个黑洞,但其亮度仅为后者的1/500。Oka说:“它与Sgr A*的相似之处支持了CO-0.40-0.22*是一个中等质量黑洞的假设。”

Oka说,他的团队将继续以其他波长观测CO-0.40-0.22*,并长期观察它是否会显示出所谓的亮度“准周期振荡”变化,这是黑洞周围吸积盘的高度特征,这也将使科学家更好地了解黑洞的质量。研究小组还将目光投向了其他几种可能存在黑洞的致密分子云。

Schawinski表示:“最令人兴奋的事情是,中等质量的黑洞是真实存在的。”他说:“我们对黑洞的形成知之甚少。但是,如果Oka的团队或其他人能够找到这样的天体,我们就可以测试我们的想法。”

黑洞是一个密度无限大、时空曲率无限高、体积无限小,热量无限大的奇点和周围一部分空空如也的天区,这个天区范围之内不可见。依据爱因斯坦的相对论,当一颗垂死恒星崩溃,它将聚集成一点,这里将成为黑洞,吞噬邻近宇宙区域的所有光线和任何物质。超大质量黑洞则是一种黑洞的类型,质量是太阳质量的100万倍甚至100亿倍。天文学家相信在所有的星系的银心,包括银河系在内,都会有超大质量黑洞。

天文学家认为,如果能有几十万倍太阳质量的黑洞作为更大黑洞的“种子选手”存在,那这个难题可能就会获得解答。不幸的是,这样的中等质量黑洞在漫长的岁月里一直在“躲避”人类的追踪,为什么宇宙中缺少这种中等黑洞也是个未解之谜,我们目前只能确定很少量的“候选者”。

    作者:佚名 来源:未知
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