圍繞我們星系中心黑洞運行的怪異塵埃雲可能比我們想像的更為怪異

2021-01-09 天文在線

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在我們銀河系的中心有一個超大質量的黑洞,天文學家把它命名為人馬座A*(Sagittarius A*,簡寫為Sgr A),它的質量超過太陽的400萬倍。

但這並不孤單。在那裡還有很多其他物質圍繞著黑洞運行,包括恆星、氣體和塵埃。隨著時間的推移,我們可以看到這些物體在不可置信的重力作用下移動。事實上,幾個恆星的運動告訴了我們很多關於黑洞本身的信息。

但那裡還有另一類物體,是才發現的,還不清楚它們是什麼。如果一個天文學家小組是對的,他們可能是銀河系中更奇異的天體之一:在黑洞的強烈影響下,雙星合併成了另一種東西。奇怪的單一恆星。

第一個被稱為G1的天體於2005年被發現,第二個(G2)在2012年被發現。它們看起來像塵埃雲,一團團的物質。但在2014年,G2離黑洞非常近,如果它是一個簡單的雲,它就會被黑洞巨大的潮汐力粉碎。令人震驚的是,它完好無損地保留了下來!天文學家隨後推測,這可能是一個圍繞恆星的塵埃雲,恆星的引力阻止了星雲的擴散。但是如果沒有更多的案例,我們很難知道更多(信息)。

這就是新研究的意義所在。利用位於夏威夷的大型凱克10米紅外望遠鏡,天文學家們又發現了四個圍繞著超大質量黑洞運行的天體,它們看起來非常像前兩個天體(在這之前發現的G1和G2)。

銀河系中心周圍G1-6塵埃雲軌道示意圖。左:顯示對象當前位置和方向的三維表示。右圖:從地球上看,它們的位置和軌道運動。作者:丘洛等人。

像前兩個天體一樣,它們看起來像是塵埃雲,發出這種東西特有的光。它們似乎還含有氫氣,在紅外線中以特定的波長發光(稱為「布拉克特伽馬」約為2.2微米,遠遠超出了人眼所能看到的範圍)。它們在圍繞黑洞的橢圓軌道上運行,周期從170年到1600年不等,但軌道彼此之間有很大的不同(橢圓度和軌道平面不同),這表明它們並非都是由單個物體形成的,比如被撕裂成更小的塵埃雲。有趣的是,在13年的觀測中,它們的亮度都保持在相同的水平上,所以它們看起來有些穩定。

所以它們不可能是簡單的塵埃雲,正如我們從黑洞附近通過的G2身上知道的那樣。那它們到底是什麼?

這幅藝術作品描繪了嵌入星體的塵埃雲圍繞著銀河系中心的超大質量黑洞人馬座A*運行。作者:傑克·齊羅

天文學家們又一次轉向了這樣一個觀點:每一顆恆星都可能曾經是一個雙星系統,兩顆恆星緊密地圍繞著彼此運行。銀河系中大約有一半的恆星處於這樣的雙星系中,所以它們非常常見。通常情況下,尤其是對於低質量恆星,它們可以像這樣圍繞著各自的共同重心旋轉數十億年。

但是靠近星系中心的星系有一個超大質量的問題:人馬座A*。如果它們在軌道上離它太近,來自黑洞的潮汐會影響它們。簡而言之,你離一個物體越近,引力就越強,如果這個物體是一個黑洞,這個梯度可能會很陡。當它們靠近時,其中一顆恆星比另一顆更靠近黑洞,被拉得更困難。由於重力的變化,這會使軌道延伸。當它們最終離開各自的軌道時。

如果這種情況一次又一次地發生,這兩顆恆星可能會落得很近,以至於合併成一顆恆星。

麒麟座V838。圖片來源:羅伯託·科倫巴裡/美國宇航局/哈勃遺產團隊

請注意,這裡即將爆發巨大的能量!我們在談論恆星(有關的問題)。當它們合併時,會迸發出巨大的能量,包括產生大量塵埃:巖石或含碳物質的微小顆粒。這些塵埃在恆星周圍膨脹,在它周圍形成一個稠密的雲。

這不僅僅是理論:我們已經看到了它的發生。恆星麒麟座V838正是這一事件的一個例子。很可能是兩顆大質量恆星合併並產生了巨大的塵埃雲。在某個時刻,恆星爆發了一次光,當脈衝穿過雲層時,它照亮了它的不同部分(看起來我們好像在觀察雲層的擴張,但實際上我們看到的只是穿過它的光)。

那麼我們是不是看到了半打麒麟座V838*圍繞著我們星系的中心超大質量黑洞運行?當然有可能。我們看到的數字符合,認為它們是嵌在稠密塵埃雲中的恆星的想法符合動力學擬合(也就是說,讓雙星圍繞黑洞受潮汐影響並合併在一起,在物理上是合理的),我們有一個這樣一個野獸的例子(雖然不是在黑洞附近運行;V838離我們大約2000光年,而我們距離星系中心26000光年)。事實上,在大約400-600萬年前,銀河系中心發生了一次恆星形成的爆發,很可能是這些雙星誕生的時候。

所以這對我來說很有說服力。我會注意到我甚至在G3-6被發現之前就喜歡這個想法,所以我傾向於認為這是更多的支持。如果事實證明它們不是合併的雙星,那就意味著它們是更奇異的東西。

我當然同意。當你在談論超大質量黑洞時,所有怪異的東西都變得司空見慣。所以不管這些東西是什麼,它們都很酷,很值得(用紅外線)保持關注。

FY:Ostatnie yczenie

作者:Phil Plait

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