人馬座A*附近的G型天體如此靠近黑洞,它為什麼不被毀滅?

2020-12-03 天文在線

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多年來,科學家在銀河系黑洞周圍的軌道上觀察到了「奇怪」,「未知」甚至「怪異」的物體。氣體、塵埃雲和恆星,他們雖然看似有千絲萬縷的聯繫,但是科學家們還是很難對其神秘本質下最終定義。這個耗時長達十三年的枯燥研究是2020年1月15日發表在《自然》雜誌上的一項研究主題。

神秘的恆星……

在安德裡亞·蓋茲的監督下,加利福尼亞大學洛杉磯分校(UCLA)的研究人員在銀河系中部觀測到這些神秘的恆星。「 在人馬座A*的近軌道上發現了兩個不尋常的物體。」人馬座A*是銀河系中心一個特大質量的黑洞,作者指出其質量大約相當於太陽的四百萬倍。第一個天體被命名為「 G1」,於2005年被發現,第二個天體「G2」於2012年被發現。

最後四個(G3,G4,G5,G6)也被發現。這項新的研究報告了對這最後四個天體的發現,研究員們指出它們和前兩個被發現的天體有共同之處,並且「足以證明他們被定義為一個新的公共類別的成員是合理的。」因此,它們被命名為G3,G4,G5和G6。以下是這六個G型天體共有的幾種特徵:

它們的外觀相似,直徑約為100天文單位。 它們的大小相當於地心軌道大小的50倍; 它們位於銀河系超大質量黑洞周圍半徑小於0.13光年的範圍內。

(圖解:6 顆已知 G 型天體的軌道 圖源:technews.tw)

對這些天體的研究已經在夏威夷茂納凱亞火山的凱克天文臺進行了13年。最大的難點就是區分星際物質和星團。為此,研究人員使用了OH-抑制紅外集成視場攝譜儀(一種望遠鏡儀器),用於區分星際物質和星體的光譜。

(圖解:凱克天文臺 圖源:futura-sciences)

……不確定性質

不過,這些物體的性質仍然有待確定。研究人員指出,「關於它們的性質尚未達成共識,天體G有著氣體和塵埃雲的特性但是卻呈現出恆星團的動態屬性。」這意味著這些物體看起來像氣體或塵埃雲,但是其運動狀態與恆星更為相似。這些物體似乎有著恆星的密度,但當它們靠近黑洞時也會朝著黑洞延伸。

因此,安德裡亞·格茲(Andrea Ghez)和他的同事安娜·庫爾洛(Anna Ciurlo)假設這些天體是古老的雙星,在經過超大質量黑洞附近時被其強大的引力合併。雙星可以定義為由兩個繞同一中心運行的恆星形成的系統。在人馬座A*的軌道上發現的這些天體可能表明,宇宙中恆星的融合比我們想像得更頻繁,更常見。

合併的古老恆星?

安德裡亞·格茲(Andrea Ghez)解釋說:「宇宙中恆星融合的情況發生的可能比我們想像的要多,而且可能很普遍。黑洞可能會導致雙星合併。也許我們看到但不甚了解的眾多恆星都是合併後的產物。我們不停地學習星系和黑洞是如何進化的。雙星之間以及其與黑洞相互作用的方式與普通恆星之間及其與黑洞相互作用的方式非常不同。」

他的同事安娜·庫爾洛(Anna Ciurlo)補充說,觀察結果證明G2的外氣層確實在通過超大質量黑洞附近時候急劇伸展,但其內部塵埃並沒有廣泛擴散。因此,天體物理學家得出結論:「一定有什麼東西使它保持緊密,讓它能夠在遇到黑洞時存活下來。這證明了G2中存在一個恆星物體。」

讓研究人員疑惑的是……

幾年前,所有證據都顯示G2的運行軌道離人馬座A*太近了,覺得它肯定會被黑洞的各種內在力量摧毀,最終被黑洞吞噬(當時G2被認為是由氣體和塵埃雲組成)。然後,研究人員就可以通過吸積盤更詳細地研究超大質量黑洞吸收物質的後果,也就是類星體形成的過程。

但是,它沒有被黑洞吞噬,這說明它的密度比我們想像得更大,它不可能是簡單的雲狀物。這個物體本身的引力必須足夠大,因為它的密度足以抵抗黑洞的潮汐力。人們給此「非事件」命名為「宇宙泡沫",或"宇宙火花"。

未來,天文學家將繼續研究G型天體、銀河系中巨大黑洞周圍的恆星和氣體的行為。他們希望更多地了解這些物體的本質,以及超大質量黑洞本身。

作者:Jeanne Gosselin

FY:趙婉玥

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