超大質量黑洞的成因出現新突破:克服了十年來相互矛盾的結果

2020-12-06 騰訊網

來源：Cardiff University

由卡迪夫大學科學家領導的一個研究小組表示，他們距離了解超大質量黑洞(SMBH)的誕生原理更近了一步，能夠獲得這個進展，得多虧了一項新技術，這項技術使他們能夠前所未有地放大黑洞的細節。

科學家們不確定，SMBHs究竟是在宇宙大爆炸後不久的「直接坍塌(direct collapse)」極端條件下形成，還是在大質量恆星死亡後由「種子」黑洞形成的。

如果是前一種方法的話，超大質量黑洞在誕生的時候質量就已經非常大，其質量將會是太陽質量的數十萬到數百萬倍，並且有一個固定的最小尺寸。

如果是後一種方法的話，那麼超大質量黑洞一開始會相對較小，大約是太陽質量的100倍，隨著時間的推移，它們會開始靠吸收周圍的恆星和氣體雲而變得更大。

天文學家們一直在努力尋找最低質量的超大質量黑洞，因為這是破解這個問題所需的缺失環節。

而在今天發表的一項研究中，由卡迪夫大學領導的研究小組獲得了新的突破，科學家們在附近星系中心觀測到了其中一個質量最低的超大質量黑洞，其質量不到太陽的100萬倍。

這個大質量黑洞生活在一個被稱為「米拉奇幽靈」的星系中，因為這個星系離一顆非常明亮的恆星很近，導致它有一個幽靈般的陰影。

智利安第斯山脈Chajnantor高原上最先進的望遠鏡叫作阿塔卡馬大毫米/亞毫米陣列(ALMA)，用於研究宇宙中一些最冷的天體所發出的光，這些發現就是使用ALMA的一項新技術得出的。

卡迪夫大學物理與天文學院的蒂姆·戴維斯(Tim Davis)博士說：「米拉奇幽靈中的特大質量黑洞的質量似乎在『直接坍塌』模型預測的範圍內。」

「我們知道它目前還是活躍的，而且正在吞噬氣體，所以一些只能產生非常大質量的黑洞的SMBHs極端『直接坍塌』模型是不正確的。

「這本身並不足以明確區分『種子』黑洞和『直接坍塌』理論——我們需要了解相關的統計數據——但這已經是朝著正確方向邁出的一大步。」

黑洞是在重力作用下坍縮的天體，留下微小但密度極高的空間區域，任何東西都無法逃離黑洞，甚至光也不能。

超大質量黑洞是最大的一種黑洞，其質量可能是太陽質量的數十萬倍，甚至數十億倍。人們相信，幾乎所有的大型星系，比如我們的銀河系，在其中心都有一個超大質量黑洞。

Davis博士的團隊成員、來自阿馬天文臺和天文館的馬克·薩茲(Marc Sarzi)博士說：「科學家們在非常遙遠的星系中也發現了特大質量黑洞，它們在宇宙大爆炸數億年後才出現。這表明，至少一些超大質量黑洞可能在很短的時間內變得非常大，根據星系形成和演化的模型，這是很難解釋的。所有的黑洞都是在吞食氣體雲的過程中成長起來的，它們會破壞那些離它們太近的恆星，但有些黑洞要比其他黑洞活躍得多。因此，在鄰近星系中尋找最小的超大質量黑洞，可以幫助我們揭示超大質量黑洞的起源。」

在他們的研究中，這個國際團隊使用了全新的技術，比以往任何時候都更深入地觀察附近一個名為NGC404的小星系的中心，這使他們能夠觀察到圍繞著超大質量黑洞中心的旋轉氣體雲。

ALMA望遠鏡使研究小組能夠解析星系中心的氣體雲，揭示了這些氣體雲的細節，這是迄今為止科學家們為其他星系繪製的最高解析度的氣體雲地圖之一。

能夠以如此高的解析度觀測這個星系，使得該團隊克服了十年來相互矛盾的結果，並揭示了星系中心的超大質量黑洞的真實性質。

Davis博士繼續說：「我們的研究表明，有了這項新技術，我們可以真正開始探索這些超大質量黑洞的性質和起源，如果超大質量黑洞有一個最小質量的話，那麼我們還沒有發現它。」

【翻譯/前瞻經濟學人APP資訊組】

參考資料：https://phys.org/news/2020-07-breakthrough-deciphering-birth-supermassive-black.html

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