發現22.5億倍太陽質量的超大黑洞，銀河系中心的才431萬倍

2020-10-18 博科園

發現22.5億倍太陽質量的超大黑洞，銀河系中心的人馬座A*才431萬倍！黑洞內部發生的事情仍然停留在黑洞內部，從外部無法看到，當然也看不到。但是黑洞「影響範圍」（星系最深處的區域，黑洞的引力是主導力量）內發生的事情引起了天文學家的極大興趣，可以幫助確定黑洞質量及其對星系鄰居的影響。阿塔卡馬大型毫米/亞毫米陣列(ALMA/阿爾瑪)新觀測結果提供了一個前所未有的近距離觀測，觀測到一個圍繞超大質量黑洞旋轉的冷星際氣體盤。

這個圓盤位於NGC 3258的中心，這是一個巨大的橢圓星系，距地球約1億光年。根據這些觀測結果，由德克薩斯農工大學和加州大學歐文分校天文學家領導的一個小組確定，這個黑洞質量達驚人的22.5億倍太陽質量，是阿爾瑪迄今測量到的最大黑洞。雖然超大質量黑洞的質量可能是太陽質量的數百萬到數十億倍，但黑洞只佔整個星系質量的一小部分。從恆星、星際氣體和星系中心暗物質中分離出黑洞引力的影響是一項挑戰，需要在非常小的尺度上進行高度敏感觀測，德克薩斯農工大學博士後研究員班傑明·博澤爾說：

在準確確定黑洞質量時，觀察儘可能靠近黑洞的物質軌道運動至關重要，這些對NGC 3258的新觀測結果證明了ALMA在繪製超大質量黑洞周圍氣態盤旋轉細節方面的驚人能力。天文學家使用各種方法來測量黑洞的質量，在巨大的橢圓星系中，大多數測量來自於對黑洞周圍恆星軌道運動的觀察，這些觀測是在可見光或紅外光下進行。另一種技術是在環繞黑洞旋轉的氣體雲中，使用自然產生的「無線波長雷射器」。提供了更高的精度，但這些無線波長雷射器非常罕見，而且幾乎只與擁有較小黑洞的螺旋星系有關。

在過去的幾年裡，阿爾瑪開創了一種新的方法來研究巨型橢圓星系中的黑洞。大約10%的橢圓星系中心都有規律地旋轉著由稠密的冷氣體組成圓盤。這些圓盤含有一氧化碳(CO)氣體，可以用毫米波射電望遠鏡觀察到。通過利用一氧化碳分子發射的都卜勒頻移，天文學家可以測量繞軌道運行的氣體雲速度，阿爾瑪使解決軌道速度最高的星系中心成為可能。研究團隊幾年來一直在和ALMA一起觀測附近的橢圓星系，以發現和研究圍繞巨大黑洞旋轉的分子氣體盤。

NGC 3258是發現的最好目標，因為ALMA能夠追蹤到比任何其他星系更接近黑洞的圓盤旋轉。就像地球繞太陽公轉的速度比冥王星快，是因為它經歷了更強的引力一樣，由於黑洞的引力，NGC 3258的內部區域比外部區域公轉速度快。ALMA觀測數據顯示，該盤的轉速從外邊緣(距黑洞約500光年)的每小時100萬公裡，上升到離該盤中心(距黑洞僅65光年)的近300萬公裡每小時。通過模擬盤的旋轉來確定黑洞質量，包括星系中心區域恆星的額外質量和其他細節。

比如氣體盤的輕微彎曲形狀。對快速旋轉的清晰探測使研究人員能夠以超過1%的精度確定黑洞質量，儘管由於到NGC 3258的距離並不十分精確，測量中還有12%的系統不確定性。即使考慮到不確定的距離，這也是對銀河系外任何黑洞的最精確質量測量之一。下一個挑戰是找到更多像這樣近乎完美的旋轉圓盤，這樣就可以用這種方法在更大的星系樣本中測量黑洞質量。阿爾瑪的進一步觀測達到這種精度水平，將有助於更好地理解星系和黑洞在宇宙年齡範圍內的增長。

博科園｜研究/來自：國家射電天文觀測臺

參考期刊《天體物理學》《arXiv》

Cite :arXiv:1906.06267

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