天文学家称超大质量黑洞比我们想象常见得多

图为大型星系NGC 1600的照片,以及由哈勃望远镜拍摄的星系核心部位近照,这里可能存在着一个质量为太阳的170亿倍的超大质量黑洞,或者双黑洞。  

图为大型星系NGC 1600的照片,以及由哈勃望远镜拍摄的星系核心部位近照,这里可能存在着一个质量为太阳的170亿倍的超大质量黑洞,或者双黑洞。

椭圆星系NGC 1600距离我们约2亿光年,它的中心可能存在一个目前为止发现的质量最大的超大质量黑洞。 

 椭圆星系NGC 1600距离我们约2亿光年,它的中心可能存在一个目前为止发现的质量最大的超大质量黑洞。

  新浪科技讯 北京时间4月11日消息,加州大学伯克利分校的天文学家们最近在临近宇宙中的一片较为稀疏的区域中发现了一个破纪录级的超大质量黑洞,质量相当于太阳的170亿倍,说明这些怪兽一样的天体可能比我们之前想象得更常见。

  超大质量黑洞的质量一般为太阳的100亿倍左右。到目前为止,我们发现的最大的超大质量黑洞都位于大型星系的中心,并且这些星系的附近还有许多其它大型星系。目前的记录保持者位于后发星系团中,于2011年由加州大学伯克利分校的研究团队发现,质量为太阳的210亿倍,已经载入了吉尼斯世界纪录。

  该研究团队的带头人、加州大学伯克利分校天文学教授马中佩(Chung-Pei Ma)表示,此次新发现的黑洞位于椭圆星系NGC 1600中,和后发星系团在天空中所处的位置正好相对。马中佩还是MASSIVE Survey项目的带头人,该项目着眼于在临近宇宙中寻找质量庞大的星系和黑洞,希望能了解它们的形成和发展过程。

  在宇宙中星系较为密集的区域,寻找超大黑洞就像在曼哈顿寻找摩天大楼一样容易,但在星系比较稀少的地区,超大黑洞就不那么容易找到了。

  “像后发星系团这样含有大量星系的区域是非常、非常罕见的,但在中等规模的星系团中,还是有不少像NGC 1600这样大小的星系的。”马中佩说道,“所以现在的问题是,这是否只是冰山的一角呢?也许宇宙中还有更多的超大质量黑洞,只不过它们住在偏远地区的‘高楼’中,而不是曼哈顿的摩天大楼里。”

  天文学家于2011年发现的超大质量黑洞位于后发星系团的NGC 4889星系中,虽然它的质量最大约为太阳的210亿倍,但具体有多大却难以确定,从太阳的30亿倍到210亿倍都有可能。相比之下,NGC 1600星系中央的黑洞质量范围要精准得多,最低为太阳的155亿倍,最高为太阳的185亿倍。

  有趣的是,从NGC 1600星系中心周围的恒星的运动方式来看,中央的黑洞似乎是分为两半的。天文学家认为双黑洞在大型星系中十分常见,因为大型星系往往是两个星系合并形成的,每个星系都有一个原本属于自己的黑洞。这些黑洞可能会“陷入”新形成的大型黑洞中心,然后在围绕对方旋转一段时间之后,在引力波的作用下合并到一起。天文学家设计了一款空间天线式激光干涉仪(Evolved Laser Interferometer Space Antenna,简称eLISA),将用于探测大型黑洞在合并时产生的引力波。与此同时,其它研究团队将利用毫秒脉冲寻找大型黑洞合并时产生引力波的迹象。

  此次新发现的黑洞距地球约2亿光年,位置处在波江座的方向上。

  寻找类星体残骸

  当物质的密度大到一定程度,连光线也无法从它的引力下逃脱时,就形成了黑洞。在宇宙的早期阶段,宇宙中的气体非常充足,有一部分贪婪的黑洞吸收了大量气体,成为了超大质量黑洞,同时向外释放了大量能量。回想那个时期的宇宙,这些超大质量黑洞都是非常明亮的类星体。但当天文学家将目光投向地球时,却发现附近的星系中气体含量非常少(因为这些气体已经转化成了恒星),而且没有类星体。不过,在附近这些星系的中央,过去可能存在过类星体,并占据了这些星系的大部分质量。马中佩表示,她和她的研究团队于2011年在NGC 4889和NGC 3842星系中发现的超大质量黑洞可能就是处于休眠状态的类星体。

  由于NGC 1600星系是一个比较古老的星系,几乎没有新形成的恒星,马中佩怀疑它的中心也可能有一个过去曾光芒四射、如今却沉睡许久的类星体。马中佩称,这将是我们首次在临近宇宙中星系较为稀疏的区域发现这样的天体。

  “大多数超大质量黑洞过去都可能是明亮的类星体,而它们并不一定只存在于宇宙中星系密集的区域,”马中佩指出,“NGC 1600是我们在临近宇宙的稀疏区域中发现的第一个超大质量黑洞,也可能是我们在这样的区域中发现的第一个类星体残余。”

  MASSIVE Survey项目于2014年获得了美国国家科学基金会的资金支持,将对附近的100个质量最大的星系中的恒星、暗物质以及中央黑洞质量进行测量。这些星系的质量超过太阳的3000亿倍,距地球的距离在3.5亿光年之内,这一范围内有着上百万个星系。该项目的目标之一是,找到附近的大型星系中留下的类星体残余。

  NGC 1600星系中发现的超大质量恒星便是该项目取得的成绩之一,说明与只在后发星系团这样的大型星系团中搜寻相比、对宇宙进行系统的搜索要更有价值。这些新发现综合了哈勃望远镜、夏威夷双子望远镜和德克萨斯州麦克唐纳天文台三者的图片数据。

  根据双子座望远镜对NGC 1600星系中心的探测结果,在黑洞影响范围内(半径约3000光年)的大部分恒星都在围绕黑洞旋转,只有极少数呈放射状、朝黑洞内部或外部运动。马中佩称,这就好像朝着黑洞内部移动的恒星都被黑洞扔出来了一样。

  就好像NASA会将空间探测器弹射到其它行星周围、好让探测器以更快的速度穿过太阳系一样。只有当离黑洞最近的恒星受到两个黑洞的作用、被弹射出去时,才会出现这种情况,

  黑洞的影响范围比事件边界(即物质一旦落入就无法逃脱的边界)要大得多,在其影响范围内,黑洞的引力胜过了其它可见恒星的引力。NGC1600黑洞的影响范围约为冥王星轨道的八倍。

  “不知为何,这些恒星就像是被从大型星系中间吓跑了一样,要么是根本‘不敢’进来,要么是进来了之后又被踢了出去。”马中佩说道。NGC 1600星系中央显示的是后一种情况,“或能为通过星系合并产生双黑洞这一理论提供支持。”

双黑洞与中心清扫现象

  由于被双黑洞“扔”出去的恒星会从黑洞中吸收一定的能量,这两个黑洞会逐渐靠得越来越近、最终合并在一起。马中佩指出,如果NGC 1600星系中的确存在这样一个质量总共达太阳的170亿倍、中间相距1光年的双黑洞的话,即将开展的

  马中佩表示,NGC 1600星系的案例说明,中央存在双黑洞的星系具有一个关键的特点:星系的中心位置有一片恒星极其稀少的区域,和双黑洞的影响范围差不多大。由哈勃望远镜拍摄的图片显示,NGC 1600中央的颜色往往是很淡的,说明在黑洞的影响下,该地区的恒星十分稀少。这与普通的椭圆星系有着显著的区别,后者的核心部位要明亮得多。

  “中心清扫现象是存在双黑洞的关键迹象之一。”马中佩说道。

  这一现象将帮助马中佩和同事们对MASSIVE Survey做出进一步改进,并以更快的速度找到地球附近的超大质量黑洞。

来源: 
新浪科技
栏目: