一項(xiàng)新的研究發(fā)現(xiàn)，小星系心臟可能隱藏著神秘的黑洞，這種黑洞長(zhǎng)期以來(lái)被證明是難以捉摸的：在幾個(gè)太陽(yáng)的質(zhì)量和數(shù)百萬(wàn)個(gè)太陽(yáng)的質(zhì)量之間，中等大小黑洞。在過(guò)去的幾十年里，天文學(xué)家已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了兩種黑洞的許多例子：恒星質(zhì)量的黑洞和超大質(zhì)量黑洞。恒星質(zhì)量黑洞的質(zhì)量是太陽(yáng)質(zhì)量的幾倍，當(dāng)巨星隕落時(shí)，黑洞就會(huì)出現(xiàn)，而超大質(zhì)量黑洞的質(zhì)量是太陽(yáng)質(zhì)量的幾百萬(wàn)倍，即使不是全部，也是大多數(shù)星系的心臟。
這張圖片來(lái)自美國(guó)宇航局錢德拉x射線天文臺(tái)、哈勃太空望遠(yuǎn)鏡和斯皮策太空望遠(yuǎn)鏡。中等質(zhì)量的黑洞M82 X-1是inset中最亮的物體。圖片：NASA/H. Feng et al.
關(guān)于超大質(zhì)量黑洞的起源還有很多未知之處，它們似乎生長(zhǎng)得非常快，在宇宙歷史的早期就出現(xiàn)了，但是研究人員并不知道確切的形成方式。一種理論涉及到中等質(zhì)量的黑洞——質(zhì)量在100到100萬(wàn)太陽(yáng)質(zhì)量之間的黑洞——之前的研究表明，這些黑洞可能是恒星質(zhì)量和超大質(zhì)量黑洞之間的中間階段。然而，這些缺失聯(lián)系的證據(jù)仍然很少。
現(xiàn)在，研究人員說(shuō)他們可能已經(jīng)在星系的心臟中發(fā)現(xiàn)了10個(gè)中等質(zhì)量的黑洞，其中5個(gè)是以前不知道的。科學(xué)家說(shuō)，這些新發(fā)現(xiàn)表明，中等質(zhì)量的黑洞可能潛伏在許多小星系的中心。研究報(bào)告的主要作者、馬薩諸塞州劍橋市史密森天體物理天文臺(tái)和俄羅斯莫斯科國(guó)立大學(xué)的天文學(xué)家Igor Chilingarian說(shuō)：中等質(zhì)量的黑洞在當(dāng)?shù)氐挠钪嬷袩o(wú)處不在。
任何種類的黑洞都是具有挑戰(zhàn)性的，因?yàn)檎缢鼈兊拿炙凳镜哪菢?，它們是黑色的，使得它們很難在黑暗的空間中看到。一種間接探測(cè)黑洞的方法是尋找異常明亮的星系核。先前的研究表明，這些所謂的“活動(dòng)星系核”很可能是黑洞，它們釋放出大量的能量，就像巨大的氣體云“增生”或落入黑洞一樣。為了尋找中等質(zhì)量的黑洞，這項(xiàng)新研究的研究人員首先分析了斯隆數(shù)字天空調(diào)查中大約100萬(wàn)個(gè)星系的數(shù)據(jù)，尋找典型的從黑洞中看到的光線。
黑洞是很奇怪的區(qū)域，重力足夠強(qiáng)，可以彎曲光線，扭曲空間，扭曲時(shí)間。圖片：Karl Tate, SPACE.com contributor
他們?cè)谛窍岛酥刑綔y(cè)到305個(gè)潛在的中等質(zhì)量黑洞后，他們?cè)阱X德拉、xmm -牛頓和快速軌道x射線天文臺(tái)的數(shù)據(jù)中搜尋了x射線的數(shù)據(jù)，這將有力地證明了這些候選者實(shí)際上是中等質(zhì)量的黑洞。哈佛大學(xué)天文學(xué)講座教授Avi Loeb說(shuō)：這些都是星系中心非常微弱的x射線源。因?yàn)樗鼈兒芪⑷酰圆荒茉诤苓h(yuǎn)的地方看到它們，所以研究人員不得不觀察附近的宇宙?？吹竭@些來(lái)源非常具有挑戰(zhàn)性，因?yàn)樾窍抵行囊灿泻阈?，研究人員需要將這些來(lái)源與周圍的恒星區(qū)分開(kāi)來(lái)。這就是為什么以前沒(méi)有見(jiàn)過(guò)這些來(lái)源的原因。勒布沒(méi)有參與這項(xiàng)新研究。
研究人員發(fā)現(xiàn)了10個(gè)活躍的星系核，是中等質(zhì)量的黑洞，質(zhì)量從大約36000到316000倍太陽(yáng)質(zhì)量。這些是我們所知道的星系中心的質(zhì)量最低的黑洞。在附近的矮星系中心發(fā)現(xiàn)這些中等質(zhì)量的黑洞事實(shí)上，在星系中心，有100萬(wàn)太陽(yáng)質(zhì)量的黑洞。研究人員發(fā)現(xiàn)，中等質(zhì)量的黑洞質(zhì)量越大，恒星的中心凸起通常就位于承載它們的星系中。類似的關(guān)系也存在于超大質(zhì)量黑洞中。這表明構(gòu)建黑洞的過(guò)程同樣也會(huì)構(gòu)建星系，它從較小的星系開(kāi)始，在更大的星系中可見(jiàn)。
Loeb希望在許多小星系的中心看到中等質(zhì)量的黑洞。“如果你回到早期的宇宙，這些是最常見(jiàn)的星系。“星系形成是一個(gè)分層的過(guò)程;星系從很小的地方開(kāi)始，通過(guò)合并和吸收更多物質(zhì)而在質(zhì)量上增長(zhǎng)。未來(lái)的研究可以探索超大質(zhì)量黑洞是如何產(chǎn)生的。有一種可能性是，中等質(zhì)量黑洞從恒星質(zhì)量黑洞中產(chǎn)生，在早期宇宙中迅速吞噬周圍的氣體，而中等質(zhì)量黑洞的合并有助于產(chǎn)生超大質(zhì)量黑洞，引力波天文臺(tái)將來(lái)可以探測(cè)到這種合并。
然而對(duì)于科學(xué)家需要探索的中等質(zhì)量和超大質(zhì)量黑洞，還有其他可能的起源。例如，中等質(zhì)量的黑洞可能起源于極其密集的星團(tuán)中恒星的碰撞。此外在早期的宇宙中，有10萬(wàn)到100萬(wàn)太陽(yáng)質(zhì)量的黑洞可能是由坍塌的巨大氣體云形成的。越能了解中等質(zhì)量和超大質(zhì)量黑洞的起源，就越能了解星系和宇宙的演化。
Chilingarian和他的同事正在利用智利的一個(gè)麥哲倫望遠(yuǎn)鏡來(lái)提高他們對(duì)黑洞質(zhì)量的估計(jì)，他們希望通過(guò)錢德拉x射線天文臺(tái)來(lái)檢查13個(gè)有希望的中型黑洞候選體。Chilingarian還指出，如果“eROSITA x射線太空望遠(yuǎn)鏡”按計(jì)劃于2019年發(fā)射，確認(rèn)的中等質(zhì)量黑洞的數(shù)量將會(huì)以數(shù)量級(jí)增長(zhǎng)。Chilingarian和他的同事們?cè)谔峤唤o《天體物理學(xué)》期刊的一項(xiàng)研究中詳細(xì)闡述了他們的發(fā)現(xiàn)。
博科園-科學(xué)科普｜來(lái)自：Charles Q. Choi/Space
