哈勃望遠鏡發現：一個正在「吃」恆星的黑洞，太陽質量的5萬倍！

2020-10-18 博科園

文章來自：博科園官網

天文學家發現一個難以捉摸的「中等質量」黑洞，這個黑洞撕碎了一顆距離太近的任性恆星，而暴露了它的存在。這個黑洞質量大約是太陽質量的5萬倍，比位於大型星系核心的超大質量黑洞要小（質量為數百萬或數十億倍太陽質量），但比大質量恆星坍塌形成的恆星質量黑洞要大。這些中等質量黑洞（IMBH）是黑洞演化過程中長期尋找的「缺失環節」。

雖然已經有一些其他的中等質量黑洞候選者，但研究人員認為這些新的觀測結果，是宇宙中中型黑洞迄今最有力的證據。這需要兩個X射線天文臺的聯合力量和哈勃太空望遠鏡的敏銳視野才能確定這隻宇宙野獸。該研究的首席研究員、新漢普郡大學的林大成(Dacheng Lin)表示：中等質量黑洞是非常難以捉摸的天體，因此仔細研究並排除每個候選的替代解釋至關重要。

其研究成果發表在《天體物理學》期刊上，這一發現的故事，讀起來就像夏洛克·福爾摩斯的故事，涉及到抓獲罪犯所需的一步步細緻立案過程。研究團隊利用哈勃望遠鏡跟蹤美國宇航局錢德拉X射線天文臺和歐空局XMM-牛頓衛星的線索。2006年，這些衛星探測到了一次強大的X射線耀斑，但他們無法確定它是來自銀河系內部還是外部。研究人員將其歸因於一顆恆星在太靠近引力強大的緻密物體（如黑洞）後被撕裂。

令人驚訝的是，這個名為3XMM J215022.4？055108的X射線源並沒有位於星系中心，因為星系通常會有大質量黑洞。這增加了人們對中等質量黑洞是罪魁禍首的希望，但首先必須排除另一個可能的X射線耀斑來源：我們銀河系中的一顆中子星，在加熱到非常高的溫度後冷卻，中子星是超新星爆炸恆星的殘骸。哈勃太空望遠鏡對準X射線源以確定其精確位置、深度、高解析度成像提供了強有力的證據，表明X射線不是來自我們的銀河系。

而是來自另一個星系外圍一個遙遠、密集的星團，這正是天文學家預計會發現中等質量黑洞的地方。哈勃望遠鏡先前的研究表明，星系中心的黑洞質量與宿主星系中心凸起成正比。換句話說，星系的質量越大，其黑洞的質量也就越大。因此，3XMM J215022.4？055108所在的星團可能是一個質量較低的矮星系的核心，該星系由於與當前較大星系宿主的密切相互作用而受到重力和潮汐幹擾。

中等質量黑洞一直特別難找到，因為它們比超大質量黑洞更小，也不那麼活躍；它們沒有現成的燃料來源，也沒有那麼強的引力來吸引恆星和其他宇宙物質，這些物質會產生明顯的X射線光芒。天文學家基本上必須在吞噬恆星的過程中當場「抓住」中等質量黑洞。

研究人員梳理了XMM-牛頓衛星數據檔案，搜索了數十萬個觀測數據，終於找到了一個中等質量黑洞候選者。這顆被撕碎的恆星，發出的X射線光芒使天文學家能夠估計出這個黑洞的質量為5萬個太陽質量。

根據X射線光度和光譜形狀估計了中等質量黑洞的質量，這比單獨使用X射線光度要可靠得多，就像以前的中等質量黑洞候選通常所做的那樣，之所以能用光譜擬合來估算中等質量黑洞質量，是因為它的光譜演化表明它一直處於熱光譜狀態，這種狀態在恆星質量黑洞吸積過程中很常見，也很容易被理解。這個天體並不是第一個被認為可能是中等質量黑洞的候選者。

2009年哈勃太空望遠鏡與美國宇航局的斯威夫特天文臺和歐洲航天局xmm-衛星合作，確定了位於星系eso 243-49邊緣被解釋為imbh的物體，稱為hlx-1。它也位於一個年輕大質量藍色星團的中心，這個星團可能是一個矮星系核心，X射線來自黑洞周圍的熱吸積盤。

主要的不同之處在於，新發現的這個中等質量黑洞正在撕裂一顆恆星，這為它是一個大質量黑洞提供了強有力的證據，包括HLX-1在內的之前的候選者，而不是像人們經常擔心的那樣，它是一個恆星質量黑洞。

博科園｜研究/來自：美國宇航局戈達德太空飛行中心

參考期刊《天體物理學》

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