当前位置:首页 > 科技博览 > 科技热点 > 正文

中等质量黑洞迄今最有力的证据

发布时间: 2020-05-08 17:40:17   作者:本站编辑   来源: 本站原创   浏览次数:        字号:[ 常规 ]

哈勃空间望远镜发现,有一个黑洞的质量约为太阳的50 000倍,介于恒星质量黑洞和超大质量黑洞之间。

2020.04.09.IMBHImage.jpg

中等质量黑洞瓦解恒星的艺术概念图。长久以来,它一直是理论预言的天体,寻找它存在的决定性证据十分困难。然而,对中等质量黑洞撕裂恒星所产生的X射线信号的研究为它们的存在提供了迄今最有力的证据

虽然不可能看到黑洞,但天文学家十分确信宇宙中存在恒星质量黑洞和超大质量黑洞。然而,介于这两者之间的中等质量黑洞是否存在,至今仍是一个谜。由于是最小和最大黑洞之间缺失的一环,确认中等质量黑洞的存在将对黑洞演化的认识产生重大的影响。

被称为3XMM J215022.4-055108,这个中等质量黑洞的候选体第一次进入天文学家的视野是在2006年,当时天文学家观测到一个明亮的高能X射线闪光。它很可能是黑洞吞噬恒星时所发出的,该现象被称为“潮汐瓦解事件”。 黑洞并不挑食,但它们的确喜欢细嚼慢咽。天文学家在十多年的时间里一直追踪着这个疑似潮汐瓦解事件的X射线演化。2018年,哈勃空间望远镜和的欧洲空间局牛顿X射线多镜面望远镜收集了更多关于该黑洞候选体的信息。

2020.04.09.HubbleIMBH.jpg 

哈勃空间望远镜拍摄的中等质量黑洞候选体3XMM J215022.4-055108(图中画圈内)。这个黑洞似乎位于一个致密星团中,距离地球8亿光年

中等质量黑洞是一种饶有兴趣的天体。天文学家相信它的存在,但缺乏决定性的证据。有大量证据能证明存在恒星质量黑洞,它们是大质量恒星爆炸死亡的产物。此外,有许多证据表明存在超大质量黑洞,其中也包括了2019年事件视界望远镜对M87星系中心超大质量黑洞阴影的直接成像。

虽然不同类型黑洞的质量并无确切划分,但恒星质量黑洞的质量范围在几个到100个太阳质量之间,基本上散布在星系中。超大质量黑洞的质量从数百万到数十亿个太阳质量不等,潜藏在大多数大型星系的中心。

但是,恒星质量黑洞是如何生长成超大质量黑洞的?办法就是吞噬周围的一切。通过“大吃特吃”,这些小黑洞最终会长到一个新的质量等级,成为中等质量的黑洞,质量在约100~100万个太阳质量之间。然而,搜寻这些中等质量黑洞的问题在于,虽然它们已经吞噬了附近的一切,但仍然太小,无法从更大的星系环境中获取“食物”。换句话说,它们内向、安静、守规矩,因此不引人注目。

在非常罕见的情况下,一颗恒星会游荡到某个中等质量黑洞附近,此时该黑洞强大的引力将会将其撕碎。当撕扯出的恒星物质绕着黑洞转动时,会剧烈地摩擦,导致黑洞周围的吸积盘发光。宇宙中这些短暂的亮光是搜寻中等质量黑洞的主要途径,也是天文学家在3XMM J215022.4-055108身上所看到的。

为了证明它确实是一个黑洞,首先必须确保X射线不是由其他东西发出的,比如银河系中的中子星。根据哈勃空间望远镜和牛顿X射线多镜面望远镜的观测,可以确定它位于一个星系外围的星团中,距离地球约8亿光年。更多的X射线观测也支持这是一次由黑洞导致的潮汐瓦解事件。此外,该黑洞所在的星团可能是一个被引力瓦解的矮星系的遗迹。

寻找中等质量黑洞一直是个难题。天文学家必须从牛顿X射线多镜面望远镜多年的观测中寻找潮汐瓦解事件的信号。然而,即使有了这些后续的工作,也只能认定该天体是一个中等质量黑洞的候选体,而不是中等质量黑洞存在的确切证据。因为仍然有可能是其他因素导致了该处X射线的明亮爆发。但是3XMM J215022.4-055108是目前发现的最有说服力的候选体之一。

黑洞是宇宙中最极端的天体之一,它是如何从恒星大小的天体成长为统治星系的庞然大物的仍是个远未解开的谜。但是,对中等质量黑洞起源和演化的研究最终将揭开星系中心的超大质量黑洞的起源。