科學（普）有道：在偏遠星系中尋找黑洞

2020-08-27 xia聊匯


黑洞（網絡圖片）

黑洞是宇宙動物園裡的奇怪野獸。它們有兩種類型:恆星型和超大質量。現在大家都知道，大多數星系中散布著許多恆星質量的黑洞。它們通常是由恆星在超新星爆炸中死亡而產生的。它們有時在雙星系統中被發現，黑洞和白矮星或其他類型的恆星在一起做軌道舞蹈。


藝術家對恆星質量黑洞的構想

遇見龐然大物

最大的黑洞，也就是超大質量的黑洞，藏在星系的中心，其質量相當於數百萬或數十億顆恆星。天文學家所知道的絕大多數超大質量黑洞都隱藏在星系中，這些星系本身被捆綁在一起形成星系團。目前發現的最大的一個有210億個太陽的質量，位於彗發星系團星系的核心。彗發是一個距離銀河系3.36億光年的巨大團塊。


彗發星團的心臟；其中一個星系包含有史以來最龐大的黑洞。

這不是唯一的大問題。天文學家還在一個名為NGC 1600的星系中心發現了一個質量達170億倍太陽質量的黑洞，該星系本身就處於宇宙的死水地帶，那裡只有大約20個星系。由於大多數真正的大黑洞都生活在&34;(即數量稠密的星系團中)，發現這個黑洞說明一定有什麼奇怪的事情在它現在的星系中產生了它。

合併星系和黑洞累積

那麼，一個巨大的黑洞是如何隱藏在一個星系團中的呢?一種可能的解釋是，它在遙遠的過去的某個時刻與另一個黑洞合併。在宇宙歷史的早期，星系間的相互作用要普遍得多，從較小的星系中形成越來越大的星系。


星系碰撞有助於形成超大質量黑洞

當兩個星系合併時，不僅它們的恆星、氣體和塵埃混合在一起，而且它們的中心黑洞(如果它們有的話，大多數星系都有)會遷移到新形成的更大星系的核心。在那裡，它們繞著對方旋轉，形成了所謂的&34;。在這些黑洞的引力作用下，任何恆星、氣體雲和塵埃雲都處於雙重危險之中。然而，這種物質實際上可以從黑洞中竊取動量(只要它不正好落入黑洞中)。當這種情況發生時，恆星會逃逸，給黑洞留下較小的動量。它們開始靠近，最終，它們合併形成一個巨大的黑洞。在整個碰撞過程中，它通過吸收匯集到核心的氣體繼續增長。

NGC1600，巨大黑洞

那麼，NGC1600的黑洞是如何變得如此巨大的呢?最可能的解釋是，它在生命早期的某個時刻極度飢餓，導致它吸收了大量氣體和其他物質。

這種巨大的胃口也可以解釋為什麼宿主星系處於如此小的星系團中，而其他超大質量黑洞位於更大的星系團的中心。NGC1600是星系群中最大、質量最大的星系。它也比附近任何其他星系亮三倍。這種巨大的亮度差異是天文學家在其他類群中所沒有看到的。

很久以前，當物質被加熱成發光的等離子體流進黑洞時，這個星系的大部分氣體就被吞噬了。在現代，NGC 1600的中央黑洞相對安靜。事實上，天文學家稱之為&34;。這就解釋了為什麼在早期的星系研究中沒有發現它。天文學家在測量附近恆星的速度時偶然發現了這個巨大的怪物。黑洞強烈的引力場影響著恆星的運動和速度。一旦天文學家能夠測量這些速度，他們就可以確定黑洞的質量。

天文學家如何發現黑洞？

天文學家使用夏威夷雙子座天文臺的特殊儀器來研究ngc1600黑洞附近恆星發出的光。其中一些恆星圍繞黑洞旋轉，這種運動表現在光譜中。其他恆星的運動似乎表明，它們曾經冒險太靠近黑洞，但由於引力的作用，從星系核心以一條或多或少的直線拋出。這是有道理的，因為哈勃太空望遠鏡的數據也顯示核心非常微弱。NGC 1600的核心可能已經釋放出了足夠多的恆星，從而產生了400億個太陽。這告訴天文學家，在這個星系的中心隱藏著一個強大而巨大的黑洞，距離地球約2.09億光年。


天文臺器械

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