06.20 研究人員發現“缺失”的黑洞

天文學家已經發現了他們認為非常罕見的宇宙現象:一種被證明是難以捉摸的中等質量的黑洞,以至於研究人員認為它可能根本都不存在。

宇宙中有幾個不同的黑洞大小類別。有恆星質量的黑洞,這些黑洞碰撞導致了迄今為止黑洞引力波的探測,通常不到太陽質量的100倍。

研究人員發現“缺失”的黑洞

然後是超大質量黑洞。它們潛伏在星系的心臟,星系中的一切都圍繞著它們運行。它們的下限在10萬太陽質量,但通常它們可能是數百萬或數十億的太陽質量。人馬座A*,位於銀河系中心的超大質量黑洞,大約有400萬太陽質量。

天文學家假設,在中間的某個地方--1000到10萬太陽質量--應該存在另一種類型的黑洞。然而,中等質量的黑洞一直是“缺失”的,可能的探測結果還沒有定論。

這導致一些天文學家假設,這些所謂的“缺失環節”黑洞,根本不存在。

但是現在,由新罕布什爾大學領導的一個天文學家小組已經捕捉到了中等質量黑洞的最佳證據。

在美國宇航局的錢德拉X射線天文臺,美國宇航局的斯威夫特衛星和歐空局的XMM-牛頓軌道望遠鏡的數據中,他們發現了距離7.4​​億光年遠的星系邊緣的一個巨大的多波長輻射。

這一事件命名為3XMM J215022.4−055108(簡稱J2150−0551),始於2003年10月,在接下來的十年中逐漸消失,與黑洞撕裂恆星併吞噬恆星時觀察到的其他輻射耀斑一樣。

研究人員發現“缺失”的黑洞

光子的分佈取決於黑洞的質量,這就是研究團隊如何確定黑洞大小的方法。

“這是令人難以置信的興奮:這種類型的黑洞以前從未被發現過,已經找到了一些候選人,但總的來說,他們非常罕見,非常受歡迎。這是迄今為止觀測到的最好的中等質量黑洞候選。”

但是,如果它們存在,為什麼它們只被看到得如此之少呢?中等質量黑洞的一個形成模型有一個合理的解釋。

2004年的一篇論文提出,密集星團的引力可能導致星團中的恆星向星團中心墜落,形成成千上萬個太陽那麼大的恆星。這將在它自己的重量下崩潰,形成一箇中等質量黑洞。

但黑洞只有在物質(如恆星或氣體雲)主動落入黑洞時才能被探測到。當這些星團中的一個形成黑洞時,它已經清除了引力範圍內的區域,這意味著附近沒有物質可供它吞食,因此它不會發射輻射。

研究人員發現“缺失”的黑洞

與此相關的是,J2150-0551被發現在星團的中心。

“我們可以用來尋找中等質量黑洞的少數方法之一是等待恆星靠近它並被破壞,這從根本上‘再次’激活了黑洞的食慾,並促使它發出我們可以觀察到的耀斑。這種事件以前只在星系的中心才能被清楚地看到過,而不是在外部邊緣。”

這一發現表明,可能還有更多的中等質量黑洞潛伏在星系邊緣,它們只是處於休眠狀態,沒有任何恆星經過,所以我們不知道它們是否存在。

而J2150-0551也為研究人員提供了一個尋找更多這些難以捉摸的星團的地方。

歐空局的Norbert Schartel說:“我們的模型目前類似於一個外星文明觀察地球並看到祖父母將他們的孫子送到學前的情景:他們可能認為有某種中間的東西適合他們的人類壽命模型,但如果不觀察這種聯繫,就無法確切地知道。這一發現非常重要,這表明這裡使用的發現方法是一個很好的方法。”


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