突破界限!發現最小超大質量黑洞,還不到太陽質量的100萬倍!

2020-12-06 騰訊網

來自卡迪夫大學科學家領導的一個研究小組表示，使用一項新技術能夠以前所未有的細節，放大黑洞這些神秘的宇宙物體，更接近了解超大質量黑洞(SMBH)是如何誕生的。科學家們不確定超大質量黑洞是在宇宙大爆炸後不久的極端條件下形成（這個過程被稱為「直接坍塌」），還是在更晚的時候，從大質量恆星死亡所產生的「種子」黑洞中生長出來的。

如果前一種假設是正確的，那麼超大質量黑洞從一誕生來就會有極大的質量（比太陽大幾十萬到幾百萬倍）並且會有一個固定的最小尺寸。如果後者是正確的，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，通過吸食在它們周圍的恆星和氣體雲，超大質量黑洞開始變得更大。天文學家長期以來一直在努力尋找質量最低的超大質量黑洞，這是破譯這個問題所需的缺失環節。

在最新的這項研究中，卡迪夫大學領導的研究團隊突破了界限，揭示了在銀河系附近星系中心觀察到質量最低最小的超大質量黑洞之一，質量不到太陽質量的100萬倍。超大質量黑洞在一個熟知的「米拉赫幽靈」星系中，因為它靠近一顆非常明亮的恆星「米拉赫」，給了它一個幽靈般的陰影。這一發現是利用阿塔卡馬大毫米/亞毫米陣列(ALMA)的一項新技術得出。

阿塔卡馬大毫米/亞毫米陣列位於智利安第斯山脈查南多高原高處的最先進望遠鏡，用於研究來自宇宙中一些最冷物體的光。卡迪夫大學物理與天文學學院的蒂姆·戴維斯博士說：米拉赫幽靈星系中的最低質量超大質量黑洞質量似乎在『直接坍塌』模型預測的範圍內。它目前是活躍的，正在吞噬氣體，所以一些更極端的『直接坍塌』模型只會產生非常大的超大質量黑洞。

探索最小超大質量黑洞

單憑這一點還不足以明確區分『種子』黑洞圖景和『直接坍塌』之間的區別，需要了解這方面的統計數據，但這是朝著正確方向邁出的一大步。黑洞是在引力坍塌下形成的物體，留下體積微小但密度大的令人難以置信的空間區域，任何東西都無法逃脫，即使是光也不行。超大質量黑洞是最大的黑洞類型，據信，幾乎所有的大型星系，如我們的銀河系，都有一個位於其中心的超大質量黑洞。

來自Armagh天文臺和天文館的戴維斯博士團隊成員馬克·薩齊博士說：在非常遙遠的星系中也發現了超大質量黑洞，因為它們出現在大爆炸僅數億年後。這表明至少有一些超大質量黑洞可能在很短的時間內增長了非常大的質量，根據星系形成和演化的模型很難解釋這一點。所有黑洞都是在吞噬氣體雲並擾亂離它們太近的恆星過程中成長，但有些黑洞比其他黑洞更活躍。

因此，在銀河系附近星系中尋找質量最小的超大質量黑洞，可以幫助我們揭示超大質量黑洞是如何誕生的。在研究中使用了全新的技術，比以往任何時候都更深入地放大了一個名為NGC404的小星系中心，使天文學家能夠觀察到環繞其中心的超大質量黑洞漩渦氣體雲。阿塔卡馬大毫米/亞毫米陣列望遠鏡使研究人員能夠分辨出星系中心的氣體雲，揭示出僅有1.5光年寬的細節。

這張星系氣體地圖也成為有史以來解析度最高的地圖之一。能夠以如此高的解析度觀察這個星系，使得研究小組克服了十年來相互矛盾的結果，並揭示了星系中心超大質量黑洞的真實性質。研究表明，有了這項新技術，可以真正開始探索黑洞等這些神秘物體的性質和起源。如果超大質量黑洞有一個最小質量，目前天文學家還沒有找到它，本研究成果發表在《皇家天文學會月刊》上。

博科園｜研究/來自：卡迪夫大學

參考期刊《皇家天文學會月刊》

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