銀河系中心真有黑洞嗎?400多萬個太陽質量人馬座A黑洞得了解

2020-11-24 騰訊網

目前的數據間接證明了,我們所處的銀河系中心確實有一個黑洞,而且是超大質量的黑洞。它處於人馬座A結構中,我們稱這個黑洞為人馬座A*。其質量大約為400多萬個太陽質量,直徑約為4400萬千米。本文將簡略的介紹這個黑洞。

人馬座A*位於銀河系中心,是靠近人馬星座和天蠍星座邊界的一個明亮而緻密的無線電波源(astronomical radio source)。它是一個更大的天文特徵結構的一部分,這部分被稱為人馬座A。人馬座A* 這個位置附近被認為有一個超大質量的黑洞,和現在普遍認為位於大多數螺旋星系和橢圓星系中心的那些黑洞一樣。

在圍繞人馬座A*的軌道上觀測到的S2(恆星)顯示了銀河系中心超大質量天體的存在,並得出有關該天體的數據,從而得到了一種結論,人馬座A*附近存在一個黑洞。

人馬座A *(中心)和最近一次爆炸產生的兩個輕微回波(帶圓圈),圖:NASA

中心黑洞

根據目前的數據,人馬座A*射電發射似乎不是以空穴(洞)為中心,而是由黑洞周圍區域中的亮點產生,靠近事件視界;發射源可能是在吸積盤中,或者是從盤中噴出的相對論性物質射流中。如果人馬座A *的明顯位置正好位於黑洞的中心位置,那麼由於引力透鏡,它可能會被放大到超出其實際的大小。 根據廣義相對論,這將導致觀測大小的最小數據至少為黑洞史瓦西半徑的5.2倍,對於大約400萬個太陽質量的黑洞來說,這相當於最小觀測大小約為52μs(微角秒),這比以往觀察到的37微角秒的大小要大得多。

天文學家相信,人馬座A*的這些觀測為我們提供了很好的證據,再結合經驗判斷,銀河系中心確實有一個超大質量黑洞,距我們太陽系有約26000光年之遠,因為有:

l恆星S2遵循橢圓軌道,周期為15.2年,並且距離中心物體中心的光點(最近距離)為17光時(1.8×10的13次方米)。

l根據恆星S2的運動,該天體的質量可以估計為410萬個太陽質量。(相應的史瓦西半徑為0.08AU/1200萬km/740萬英裡;比太陽半徑大17倍)。

l中心物體的體積可以進一步受到恆星S0-16(也稱為S14)的軌道的約束,該軌道在45 AU內沒有碰撞。

但是現在,黑洞質量和直徑的估計主要受到與物體距離的不確定性的限制。

人馬座A *的質量以兩種不同的方式估算

第一種:德國和美國的兩個研究小組監測了黑洞附近單個恆星的軌道,並利用克卜勒定律推斷出封閉的質量。德國研究小組計算出4.31±38萬個太陽質量的超大質量黑洞,而美國研究小組計算的是3.7±20萬個太陽質量。考慮到這個質量被限制在直徑4400萬千米的球體內,因此這產生的密度比先前的估計值密度要高出十倍。

第二種:最近,在離黑洞大約1秒差距內測量了幾千顆恆星樣本的自行運動,結合統計技術,得出了黑洞質量估計值為3.6+0.2(或3.6-0.4)×106個太陽質量(M) ,加上1秒差距中心分布的質量,總質量可以達到(1±0.5)×106個太陽質量。後者被認為是由恆星和恆星殘餘物組成的。

觀察與描述

由於塵埃和氣體阻擋了在其光源和地球之間很多的光(消光),所以其亮度已經暗於25(等),也就是說天文學家無法在光譜中觀測到人馬座A*。

幾個研究小組試圖使用超長基線幹涉測量法(VLBI)在無線電頻譜中對人馬座A *進行成像。目前最高解析度的測量,在1.3毫米的波長下進行,表明光源的角直徑為37微角秒(1角秒=100萬微角秒)。這是什麼概念?距離26000光年,它的直徑僅僅4400萬公裡。相比之下我們打個比方,地球距離太陽平均為1億5000萬公裡,水星在近日點時距太陽的距離約為4600萬公裡。其觀測難度可見一斑。

人馬座A*的自行運動中,對於赤經的運動,大約每年-2.70mas(毫角秒),對於赤緯運動,大約每年-5.6mas(毫角秒)。

截至2017年4月,已經有了用事件視界望遠鏡直接拍攝的人馬座A*的無線電圖像,但數據仍在處理中,圖像尚未發布。「事件視界」望遠鏡使用幹涉法將從地球上不同地方的廣泛間隔的觀測站拍攝的圖像組合起來,以便獲得更高的圖像解析度。

從人馬座A *中檢測到的異常明亮的X射線耀斑,圖:NASA/CXC/Stanford/I. Zhur

歷史

卡爾·央斯基(Karl Jansky),被認為是射電天文學之父,在1931年8月發現一個射電信號來自銀河系中心的一個位置,朝向人馬座的方向。

1974年2月13日和15日,天文學家布魯斯·巴裡克(Bruce Balick)和羅伯特·布朗(Robert Brown)使用國家射電天文觀測臺的基線幹涉儀發現了人馬座A *。人馬座A *這個名字是布朗在1982年的論文中創造的,因為無線電源是「令人興奮的」,原子的激發狀態用星號表示。

2002年10月16日,由馬克斯普朗克外星物理研究所的賴因哈德·根策爾(Reinhard Genzel)領導的一個國際小組在十年內觀察了人馬座A *附近的S2恆星的運動。根據研究小組的分析,這些數據排除了人馬座A*包含一群暗恆星物體或大量簡併費米子(degenerate fermions)的可能性,從而增加了大質量黑洞的證據的可信度。S2的觀測使用近紅外(NIR)幹涉測量法(在K波段,即2.2μm),因為在這個波段減少了星際消光。使用SiO天文物理邁射將NIR圖像與無線電觀測對準,因為它們可以在NIR和無線電波段中被觀察到。 S2(以及其他附近恆星)的快速運動很容易與視線中較慢的運動恆星相抵,因此可以從圖像中減去這些多餘的圖像。

人馬座A*的VLBI無線電觀測也可以與圖像中心對準,因此可以看到圍繞人馬座A*的S2恆星軌道走向。通過研究S2的克卜勒軌道,他們可以確定人馬座A*的質量大約為2.6±0.2百萬個太陽質量,被限制在半徑不超過17光時(120AU)的體積內;後來對恆星S14的觀測表明,該天體在半徑不大於6.25光時(45 AU)或大約67億公裡的體積內,質量約為410萬個太陽質量。S175在相似的距離內通過。為了作比較,史瓦西半徑(Schwarzschild radius)為0.08 AU。 他們還確定了從地球到銀河系中心(銀河系的自轉中心)的距離(這對於校準天文距離標度很重要),其值約為8.0±0.6×103秒差距。

2004年11月,一個天文學家小組報告發現了一個潛在的中等質量黑洞,稱為GCIRS 13E,其軌道距離人馬座A*有3光年遠。這個1300個太陽質量的黑洞位於七顆星團之內。這一觀察可能會增加超大質量黑洞通過吸積附近較小的黑洞和恆星而增長的觀點的可信度。

在監測人馬座A *周圍的恆星軌道16年後,Gillessen等人估計,該天體的質量為4.31±0.38百萬個太陽質量。 結果於2008年公布,並於2009年在《天體物理學雜誌》上發表。該研究的團隊負責人賴因哈德·根策爾(Reinhard Genzel)表示,該研究已經提供了「現在被認為是超大質量黑洞確實存在的最佳經驗證據」。銀河系中心的恆星軌道顯示出其中心質量濃度為4 百萬個太陽質量,顯然它必須是一個黑洞,這將是毫無疑問的。」

2015年1月5日,美國國家航空航天局報告稱,從人馬座A *觀察到的X射線耀斑比平時亮400倍,這數據破了以往觀測的紀錄。根據天文學家的說法,這種不尋常的事件可能是由於小行星撞入黑洞分裂或者流入到人馬座 A *的氣體中,引起了磁場線的纏繞。

塵埃雲G2穿過銀河系中心的超大質量黑洞。圖:ESO/A. Eckart

相關焦點

  • 肉眼能夠看到銀河系中心人馬座A*超大質量黑洞嗎?
    先說答案:人類肉眼無法看到黑洞,必須藉助望遠鏡才能發現和觀測。現代天文學發現,幾乎每個大的星系中心都有一個巨大的黑洞,銀河系也不例外。黑洞是什麼?就是大質量恆星死亡後的屍骸。銀河系中心黑洞天文學名稱為人馬座A*,科學觀測研究認為,銀河系黑洞質量相當於430萬個太陽,根據史瓦西半徑公式計算,其史瓦西半徑可達1290萬千米。那麼這個黑洞我們能夠看得到嗎?是肉眼能夠看到,還是望遠鏡能夠看到呢?
  • 銀河系中心的黑洞
    從第一張黑洞照片被公布後,相信大家對黑洞都有了一定的了解。那麼,你知道麼,在銀河系中心有一個大型黑洞。其實大多數星系中心都有超大質量的黑洞,當然我們銀河系不是例外。在2008年,德國天文學家們曾證實,位於銀河系中心,與地球相距2.6萬光年的「人馬座A*」,其實是一個質量超大的黑洞,人馬座A*的質量約為431 ± 38萬或410 ± 60萬個太陽質量。黑洞在宇宙中到底發揮著怎樣的作用,科學家目前還不是很明確。
  • 與M87相比,銀河系中心的超大質量黑洞像個baby!
    銀河系的中心,是一顆名為「人馬座A(GRO J1655-40)」的超大質量黑洞,我們稱之為「銀心」,「銀心」作為銀河系的中心有著什麼樣的地位呢?人馬座A*質量約為太陽質量的400萬倍,這個控制著銀河係數十萬光年的龐大存在,在浩瀚無邊的宇宙中肆無忌憚的遊走著,且據科學分析,銀河系將在四十億年後與鄰近的仙女座星系相撞,產生一個新的星系。那麼銀河系的中心就只有一個超大質量黑洞嗎?
  • 超大質量黑洞的質量有多大?400萬個太陽?1億個太陽,還是……?
    向銀河系中心看去銀河系中心的超大質量黑洞叫「人馬座A」,它只是黑洞中微不足道的小個頭。它是太陽質量的400萬倍!鏡頭拉到我們銀河系的鄰居仙女座仙女座中心的超大質量黑洞質量約為 1 億個太陽!這還不算大,比起真正的巨無霸黑洞,它真的不值一提!OJ287 類星體 這種類星體本身就是超大質量黑洞,質量約為太陽的180億倍!
  • 宇宙中質量最大的黑洞有多大?銀河系中心黑洞跟它比不值一提
    我們知道銀河系中心有個超大質量黑洞人馬座A*,質量約太陽的400萬倍,那麼宇宙最大的黑洞質量有多大呢?答案是人馬座A*的1萬倍。,大小相當於銀河系附近的大麥哲倫星雲,內核光線輪廓也非常平坦,馬克斯·普朗克外空物理學研究所某研究員表示,這代表大多數恆星都被「趕走」了,讓人懷疑此地存在質量極其巨大的黑洞。
  • 既然銀河系中心有個大黑洞,為什麼銀心還那麼亮?
    此後,對銀心中的一些特殊恆星運動的長期跟蹤研究表明,那裡有一個質量超過太陽400萬倍的超大質量黑洞,它被稱為人馬座A*。據估計,這個黑洞的視界半徑大約為1300萬公裡。既然銀心中存在一個大型黑洞,為什麼那裡卻非常明亮?
  • 黑洞鎖定人馬座A*
    黑洞存在有了確鑿的證據?5天前,國際權威科學雜誌《自然》上的一篇文章,讓媒體的目光難得地聚集在一個高深的物理名詞———「黑洞」之上,也聚集到了中科院上海天文臺研究員沈志強領銜的國際小組身上。  在這場聚焦中,銀河系中心的神秘天體人馬座A*,也從距離地球2.6萬光年的九天之外落入凡間公眾的視野。據說,它就是一個黑洞。  這個黑洞真的存在嗎?
  • 銀河系中心存在第二個超大質量黑洞?首個黑洞視頻或將公布,期待
    有一些天體我們可以看得到,如在晴朗的夜空中,我們會看到閃閃發光的小星星,當然,也會有一些我們看不見的天體。雖然我們看不到它們,但是它們確實是存在的,比如說黑洞。相信大家都知道,黑洞最典型的特徵就是質量超大,所以它們的引力也非常大,連光都逃不掉,所以我們就沒法用肉眼看到它們。
  • 為什麼科學家不去拍離地球最近的人馬座A黑洞,而去拍更遠的M87?
    科學家之所以這樣做,還不是因為這個黑洞相對而言更好拍攝罷了,至於說為什麼,那當然是因為這個黑洞的質量更大,吸積盤也更大,所以也更容易被觀測到。黑洞在宇宙中是廣泛存在的,在我們的銀河系中,也有一個超級黑洞,而這個黑洞不在別的地方,正是在銀河系的中心,距離地球2.6萬光年,質量為太陽質量的400多萬倍,這個黑洞被命名為人馬座A*,它是距離地球最近的黑洞,在銀河系形成的早期, 黑洞起到了至關重要的作用,實際上在每一個星系中心都會有一個質量很大的黑洞,這些黑洞對於星系的早期形成意義重大,它起到了凝聚星系物質的作用
  • 人類的首張黑洞照片為什麼不是銀河系中心黑洞,而是遙遠的M87
    在宇宙中,每一個龐大星系的中心都有著一個黑洞,黑洞對於整個星系的最初形成具有著舉足輕重的作用。在宇宙之中,沒有任何天體能夠像黑洞這樣有能力將大量的星系物質凝聚在一起,而形成最初的星系。而我們銀河系的中心自然也有一個黑洞,那就是人馬座a*。
  • 科學家發現10億光年內的最大黑洞,質量為銀河系中心黑洞9300倍
    我們生活在地球上,這個地球很大,大到無邊無際,然而最小的恆星的質量也是地球的3萬倍左右,太陽的質量更是地球的33萬倍,但是黑洞的質量更大,科學家們已經發現的所有的黑洞質量都比太陽大,在一些星系的中心還存在著超大質量黑洞,質量基本都在太陽的10萬倍以上,它們都是宇宙中最大級別的單一天體
  • 銀河系中心黑洞,「真實面貌」有幾何?
    無論是事件視界範圍,還是對周邊物質和星體的吸引,甚至控制整個星系,都有較為明顯的影響。科學家們普遍認為,大型星系的中心都至少有一顆超大質量黑洞,銀河系也一樣。銀河系中心超大質量黑洞,其引力範圍管轄著周邊10億光年的宇宙空間,牽引著4,000億顆恆星系圍繞其旋轉。太陽系,也是這4,000億顆恆星系的成員之一。
  • 整個銀河系星球都被它束縛,這個超大質量的黑洞引力到底有多大?
    今日,國家天文組織公布人類第一張黑洞照片,瞬間在全世界颳起了一股黑洞風,人人都在討論黑洞,人人都希望多了解黑洞知識,這張照片中的黑洞距離地球高達5500萬光年,這個距離是人類無法想像的,其實在我們身邊也有一個黑洞,那就是位於銀河系中心的黑洞。
  • 銀河系中心黑洞是如何被發現的?
    不過背景的噪音一直讓他很苦惱,經過兩年的仔細研究,詹斯基去除了大部分的幹擾,但是一個奇怪的訊號始終存在,每當天線指向人馬座,噪音就變得最吵,人馬座就位於銀河系的中心。那不像是恆星會發出的訊號,天文學家開始懷疑它是否來自理論學家早已預測到,卻從未發現的物體,也就是黑洞。但是當時無法證實,銀河系的中心被一層厚厚的塵埃遮蔽無法看見。
  • 太陽質量的400億倍最大黑洞,網友:太可怕了
    據美國《新聞周刊》雜誌8月6日報導,科學家在距離地球7億光年的霍爾姆15A星系團中,發現了一個質量為太陽400億倍的超大黑洞。如果得到證實,將是這一半徑約為10億光年的區域中最大的超大質量黑洞。英國倫敦大學教授說:「這一黑洞的質量為太陽質量的400億倍,這使它成為宇宙中我們所在區域的最大黑洞。」一組德國天文學家利用超大望遠鏡上的MUSE儀器,研究了位於霍爾姆伯格(或霍爾姆)15A星系中心的恆星的運動。這些觀測結果使他們能夠測量它的超大質量黑洞的質量,這是一個彌天大謊。
  • 銀河系中心黑洞僅有500萬倍太陽質量,如何束縛住上千億顆恆星?
    我們所在的銀河系,雖然是可觀測宇宙中一個非常普通的星系,但是以人類的視角來看,這個星系的空間尺度還是非常龐大的。據科學家們的估算,銀河系的直徑大約為20萬光年,厚度在2000光年上下,包含著1000-4000億顆恆星,總質量達到4.2×10^41公斤,約是太陽質量的千億倍。
  • 銀河系中央人馬座存超大黑洞 撕裂空間氣體雲
    銀河系中央人馬座存超大黑洞 撕裂空間氣體雲      銀河系中央的超級黑洞正在瘋狂的吸食一個靠近它的氣體雲    據國外媒體報導,科學家發現銀河系中央的超大質量黑洞將一團巨大的氣體雲完全撕裂,觀測結果表明預計到明年這片巨大的空間氣體雲會進一步靠近黑洞
  • 被稱為」怪獸「般的黑洞「人馬座A」
    科學家認為,在大多數星系中心都潛伏有質量為太陽的數百萬倍乃至數十億倍的超大質量黑洞,這些龐大的「魔獸」守株待兔,直到那些不懷戒心的受害者,例如一顆恆星,遊弋到距離黑洞足夠近的地方,被極其巨大的黑洞引力蹂躪至粉身碎骨。
  • 加州大學科學家研究表明銀河系中心黑洞人馬座A *具有磁特性
    射手座A *。在這項研究中,Ressler,KITP博士後克裡斯·懷特(Chris White)和他們的同事,加州大學伯克利分校的艾略特·誇塔爾特(Eliot Quataert)和高級研究所的詹姆斯·斯通(James Stone)試圖確定黑洞的磁場是否由下落的物質產生。研究結果表明,人馬座A *會被磁化。然而,銀河系擁有相對安靜的銀河系中心,這令團隊感到意外。
  • 銀河系中心黑洞磁場首次被發現
    但銀河系中心的超大質量黑洞(稱為Sgr A*,人馬座A-星)更像個宇宙發動機,把落入的物質轉換成強輻射,強烈程度要超過所有圍繞它的恆星發出的光的總和。如果黑洞在旋轉,就會產生強烈的噴射,爆炸範圍延伸到幾千光年之外,形成整個星系。科學家認為,給黑洞發動機「供電」的是磁場。