15億倍太陽質量黑洞首次發現,科學家:黑洞形成理論遭最大挑戰!

2020-12-19 科技晴雨表

天文學家在美國夏威夷的三個Maunakea天文臺發現了有史以來第二遠的類星體，這是第一個以夏威夷本土名字命名的類星體——Poniua'ena，在夏威夷語中意思是「看不見的旋轉的創造之源，周圍環繞著輝煌」。它的發現，有可能徹底改變人類的對宇宙早期黑洞形成的認識。

探索歷程

Yang的團隊首先在梳理了大量的調查數據後發現了Poniua'ena可能是一顆類星體，這些數據包括UKIRT半球調查和夏威夷大學天文研究所位於毛伊島的Pan-STARRS1望遠鏡的數據。

圖文無關

2019年，研究人員利用雙子座天文臺的GNIRS儀器以及Keck天文臺的近紅外階梯光譜儀對該天體進行了觀測，以確認Poniua'ena的存在。

「雙子座」的初步數據表明，這可能是一個重要的發現。幾周後，我們的團隊在Keck天文臺預定了觀測時間，用NIRES光譜儀來觀測這個新的類星體，以確認它極高的紅移，並測量它的黑洞質量」合著者、加州大學物理和天文學系教授Aaron Barth說。

15億倍太陽質量的黑洞！

Poniua'ena是第二個在宇宙紅移大於7.5的距離被探測到的類星體，它擁有一個比同時代已知的其他類星體大兩倍的黑洞。這些大質量黑洞在如此早期的存在，對目前有關超大質量黑洞如何在年輕宇宙中形成和成長的理論提出了挑戰。

類星體是宇宙中最具能量的天體，由其超大質量的黑洞提供動力，自發現以來，天文學家一直熱衷於確定它們何時首次出現在我們的宇宙歷史中。

通過在廣闊範圍天空調查中系統地搜索這些稀有天體，天文學家在2018年發現了最遙遠的類星體（命名為J1342+0928），現在發現了第二遠的類星體Poniua'ena（或J1007+2115，紅移7.515）。在宇宙大爆炸發生7億年後，Poniua'ena的光離開類星體，在太空中傳播了超過130億年。

大爆炸-3D圖

來自Keck天文臺和雙子座天文臺的光譜觀測顯示，為Poniua'ena提供動力的超大質量黑洞的質量是太陽的15億倍。

Poniua'ena是宇宙中已知的最遙遠的天體，擁有超過10億太陽質量的黑洞，」亞利桑那大學Steward天文臺博士後研究員、該研究報告的主要作者Jinyi Yang說。這樣大的黑洞要想在宇宙早期形成，就需要在大爆炸大約1億年後，從1萬個太陽質量的「種子」黑洞開始，而不是從一顆恆星坍塌形成的更小的黑洞中成長。

黑洞形成和增長的理論遭挑戰

「宇宙怎麼能在這麼早的歷史上產生這麼大的黑洞？」亞利桑那大學天文學系副系主任兼攝政教授Xiaohui Fan說這一發現對早期宇宙中黑洞形成和增長的理論提出了迄今為止最大的挑戰。」

目前的理論認為恆星和星系的誕生始於大爆炸後約4億年的再電離時代。第一個巨型黑洞的成長被認為發生在宇宙歷史上同一時期。像Poniua'ena這樣的類星體的發現，深入到了再電離時代，這是理解這種再電離過程和早期超大質量黑洞和大質量星系形成的一大進步。Poniua'ena對再電離時代星系間物質（星系間介質）的演化提出了新的重要限制。

「Poniua'ena就像一座宇宙燈塔。加州大學聖巴巴拉分校物理系教授Joseph Hennawi說：「當它的光經過漫長的旅程到達地球時，它的光譜會被星系間介質中的擴散氣體所改變，這使得我們能夠精確地確定電離時代的發生時間。」

結語

關於黑洞，科學家一直在努力研究，而且會一直持續下去。這涉及我們存在和宇宙存在最本源的問題，非常有前景和魅力！

我是科技晴雨表，你的私人科普顧問，每日更新科學知識，注重科學中的人文和精神關懷，讓「人」的意義凸顯，尋找生命意義。在這個魔幻而又現實的世界裡，一起加油吧！

參考資料：Jinyi Yang, Feige Wang, Xiaohui Fan, Joseph F. Hennawi, Frederick B. Davies, Minghao Yue, Eduardo Banados, Xue-Bing Wu, Bram Venemans, Aaron J. Barth, Fuyan Bian, Konstantina Boutsia, Roberto Decarli, Emanuele Paolo Farina, Richard Green, Linhua Jiang, Jiang-Tao Li, Chiara Mazzucchelli, Fabian Walter. Pōniuā'ena: A Luminous z=7.5 Quasar Hosting a 1.5 Billion Solar Mass Black Hole. Astrophysical Journal Letters, 2020

相關焦點

  • 科學家發現最大黑洞,質量是太陽的340億倍,一天能吃一個太陽!
    在科學的發展過程中，出現了很多著名的科學家，他們對於宇宙也存在自己的看法，黑洞一直是多位科學家極力驗證的存在，比如愛因斯坦和霍金。直到2019年，人類首次拍攝到了黑洞照片，才驗證了它的存在。除了這個黑洞外，科學家還曾發現了另外一個黑洞，質量抵得上340億個太陽。
  • 人類首次「看到」了黑洞 看著像個「甜甜圈」質量可是太陽的65億倍
    用口徑如地球大小的虛擬望遠鏡人類首次「看到」了黑洞看著像個「甜甜圈」質量可是太陽的65億倍這一由全球30多個研究所200多位科學家歷時10餘年、從四大洲8個觀測點「捕獲」的視覺證據，有望證實愛因斯坦廣義相對論在極端條件下仍然成立。這是人類第一次凝視曾經只存在於理論中的天體——黑洞，一種體積極小、質量極大的天體，如同一個宇宙「吞噬之口」，連光也無法逃逸,可以彎曲周圍的時空。
  • 科學家首次用新方法確認宇宙中存在超大質量"雙黑洞"
    記者２日從中科院國家天文臺獲悉，由國家天文臺陸由俊、閆昌碩和美國俄克拉荷馬大學戴新宇、北京大學於清娟組成的研究團隊發現，在距離地球最近的類星體Ｍａｒｋａｒｉａｎ２３１中隱藏著超大質量雙黑洞。這是科學家首次用連續譜的特徵方法發現證據確鑿的雙黑洞。該項研究成果發表在國際期刊《天體物理雜誌》上。
  • 日本科學家計算得出:黑洞周圍可能有千萬顆行星「相伴」
    日本科學家計算得出：黑洞周圍可能有千萬顆行星「相伴」 傳統觀念認為，行星只能圍繞像太陽一樣的恆星運行，但兩位日本科學家挑戰了這一觀念。
  • 超大質量黑洞繞著更大質量的黑洞旋轉,每12年撞擊一次其吸積盤
    除了證明廣義相對論的實際作用，他們的發現也驗證了史蒂芬·霍金的「無毛定理」。OJ 287位於距地球35億光年的地方，是一個具有特別活躍的核和從其中心向外延伸的高能粒子噴流的星系。它的中心是一個超大質量黑洞，其質量大約是太陽的180億倍，這是迄今為止發現的最大的一個黑洞，而銀河系中心的黑洞（人馬座A）質量大約是太陽質量的40倍。
  • 9 億年前的時空漣漪:黑洞吞食中子星形成引力波
    由於科學家尚未證實此次合併的是哪兩個天體、以及它們的確切大小，貝利暫時不願對這兩個天體「指名道姓」。不過他指出：「根據初步估測，這可能是一次由中子星與黑洞合併形成的引力波。」2015年9月14日，距愛因斯坦預言引力波存在的一個世紀之後，LIGO首次探測到了引力波信號。至今不過短短幾年時間，科學家已經幾乎隔一段時間、就能發現一次引力波了。
  • 世界上最大的黑洞!由中國科學家發現,黑洞理論將被重新改寫
    前段時間，世界上首張黑洞的照片刷爆了我們的朋友圈。可是根據我們以往所了解的知識，黑洞不是一個引力非常強大的天體嗎？所有經過黑洞的物質都會被吸引，以至於沒有光線能夠逃出黑洞的手掌心。那科學家們又是怎麼得到這張照片的呢？簡單來說，就是通過觀察黑洞周圍伴星的變化，測繪出來的一張圖片，並不是科學家們用相機所看到的圖像。
  • 「黑洞照片」摘得年度自然科學突破桂冠,科學家怎樣發現黑洞?
    如果用一句話來描述他的理論，就是物質的質量決定了時空如何彎曲，而時空彎曲決定物質而如何運動。用一個彈簧床去模擬時空的話，放一個球，球有質量，彈簧床就彎曲了，而彎曲了的彈簧床又會影響周邊物體的運動。比太陽系還要小，只有地球到太陽之間距離的130倍，但是這麼小的區域居然包含了質量為太陽410萬倍的天體。這麼小的區域卻有這麼大的質量，我們不知道它是什麼天體，它只可能是黑洞的候選體，是銀河系自己的黑洞。這些是我們通過恆星和氣體的運動判斷出來的。
  • 萬物皆可成黑洞,黑洞到底是怎麼形成的?
    到黑洞，不得不提到愛因斯坦，如果用一句話來描述他的理論，就是物質的質量決定了時空如何彎曲。後人的研究發現，當物體被壓縮到不受控制持續往中心塌縮的時候，一個體積無限小的奇點也就出現了。根據這一理論，如果把任何物質壓縮到臨界半徑，就可能產生一個黑洞了！
  • 銀河系中約有1億黑洞,迄今只發現十幾個,會有黑洞在地球附近嗎
    已公布照片的m87星系中心黑洞質量高達太陽的65億倍，但它距離我們有5500萬光年，如此遙遠的距離，不用擔心它會對我們地球有什麼影響。已知距離我們最近的黑洞是A0620-00，它位於3400光年之外的麒麟座中，這是一個恆星級黑洞，其質量在太陽的10倍左右，而且有如此遙遠的距離，所以完全不必擔心它會影響我們的太陽系。那麼我們的地球就一定不會受到黑洞的影響嗎？
  • 宇宙大爆炸後不久的超大質量黑洞是如何產生的?
    SISSA的一項新研究對這個有趣的問題提出了新的解釋 新浪科技訊 北京時間4月8日消息，據國外媒體報導，超大質量黑洞的規模是太陽的數十億倍，而最近的一項研究指出，超大質量黑洞在宇宙「僅僅」8億年時就已經存在，而宇宙的年齡已經140億年，這怎麼可能呢？在天體物理學家看來，在如此短的時間內形成這些宇宙「怪物」確實是傷腦筋的難題。
  • 13億光年之外的黑洞碰撞,人類首次探測到引力波信號
    十倍於全宇宙光度的能量，傳播數億光年，黑洞碰撞的力量 這是人類首次探測到的引力波信號。這個信號最初是被所謂的低延遲搜索方法發現的。這種方法通過搜索引力波的波形圖案，而不對波形細節建模以加速分析探測器數據。這些高效搜索方法在信號到達探測器僅3分鐘後就報告了可能的事件。隨後，再將LIGO幹涉儀記錄的引力波數據和理論上的引力波預測波形進行比較。比較的方法被稱為匹配濾波器，用於尋找與測量數據最匹配的理論波形。
  • 人類首次「看到」了黑洞!看上去有點像甜甜圈
    照片「主角」是室女座超巨橢圓星系M87中心的超大質量黑洞，其質量是太陽的65億倍，距離地球大約5500萬光年。照片展示了一個中心為黑色的明亮環狀結構，看上去有點像甜甜圈，其黑色部分是黑洞投下的「陰影」，明亮部分是繞黑洞高速旋轉的吸積盤。人類首次「看見」黑洞 愛因斯坦又說對了新華社上海4月10日電（記者董瑞豐、王琳琳）人類史上首張黑洞照片面世！
  • 黑洞照片背後:科學家拍2個黑洞 僅「洗」出一張
    原標題：其實，科學家們給兩個黑洞拍了照片，但只有一張「洗」出來了澎湃新聞記者 虞涵棋4月10日晚間，全球多地聯合發布了人類首張黑洞照片。照片的主角遠在5000多萬光年之外，位於遙遠的M87星系的中央，質量約為太陽的65億倍。
  • 宇宙最大天體被發現,質量是地球的2萬萬億倍,體積是太陽的2億億倍
    根據科學家們計算，太陽可以裝下一百三十萬個地球、一千多個木星，是一顆相對巨大的恆星，而我們生活的星球地球卻很小，如果拿著同樣比例大小的地球和太陽進行對比，通過調整，你會發現地球在太陽照片上的大小只有一個像素而已，可是就是只有像素那麼大的地球卻生活著70多億人類和數以百億計的動物。
  • 世界上最大的黑洞現身,由中國國家天文臺發現
    質量偏小的恆星，會退化成為一顆白矮星。而質量較大的恆星，其內部的能量無法及時地釋放出去，最終會形成一次超新星爆發，一次性將所有的能量傾瀉而出。地球上的科學家經常能檢測到遙遠的宇宙中發生超新星爆炸。爆炸後的超新星會發生坍縮，體積急劇地變小，最終形成一個黑洞。
  • 科學家拆解黑洞陰影周圍的甜甜圈光環,由無數薄光子環組成
    去年4月，我們第一次瞥見了宇宙中不可見的黑洞，看著這個位於M87星系中心的超大質量黑洞被一個明亮環島包圍，像一個甜甜圈，然而那張照片中，我們只知道環的直徑，不清楚環的「厚度」和更詳細的子結構。現在科學家發布了新的計算結果，表明光環由一系列子環組成，看起來就像電影畫面。
  • 兩個神秘黑洞碰撞時震動聲音與貓王名曲首個音符一致
    新浪科技訊 北京時間4月26日消息，據國外媒體報導，最新天文觀測顯示，兩個神秘黑洞在深空碰撞時發生的震動與貓王名曲《我無法不愛上你》的前兩個音符一致。研究人員發現一處神秘引力波源自迄今探測到最奇特的兩個黑洞合併，一個黑洞的質量是另一個黑洞的3倍以上。當兩個黑洞合併時，質量不均衡產生了不同頻率，這與愛因斯坦的廣義相對論產生了共鳴。
  • 發現距離地球最近的黑洞!晴朗夜晚肉眼可見兩顆恆星圍繞黑洞旋轉
    據5月最新一期《天文學和天體物理學》雜誌刊發的論文，歐洲南部天文臺（ESO）在智利西拉天文站的科學家意外發現迄今為止距離地球最近的一個黑洞，距離地球1000光年，並且在晴朗的夜晚可以用肉眼看到圍繞黑洞旋轉的兩顆恆星。這個黑洞位於望遠鏡座（Telescopium），編號為HR 6819，有兩顆伴星圍繞黑洞旋轉。
  • 距地26光年,超大質量雙黑洞正在吞噬恆星,科學家:極其罕見!
    截止到目前，科學家們陸續在宇宙中發現了4種類型的黑洞：分別是來自宇宙早期的太初黑洞、大質量恆星坍縮形成的恆星級黑洞、恆星級黑洞融合變成的中等質量黑洞，以及所有已知黑洞類型中，最為神秘的——超大質量黑洞。