发布单位:台北市立天文科学教育馆

  这是天文学家首次发现大质量恒星死亡时产生致密天体—中子星或黑洞—的直接证据。

  当大质量恒星接近生命尽头时,由于自身引力的急剧坍缩,引发一场超新星爆炸。天文学家相信,在这爆炸剧变之后,剩下的是恒星的超高密度核心残骸。根据恒星的质量,这高密度核心残骸可能是一颗中子星,密度高到一茶匙的大小重约一兆公斤;或者是一个黑洞,一个引力场大到连光都无法逃离的天体。虽然过去有模型和线索支持这一理论,例如在蟹状星云中发现的中子星,但以前从未真实观察到致密天体生成的过程,这使得超新星爆炸留下中子星或黑洞的直接证据一直难以捉摸。

  2022年5月,南非业余天文学家Berto Monard在距离7500万光年的星系NGC 157的螺旋臂中发现了超新星SN 2022jli。随后两个独立的研究团队(Moore et al. 2023 & Chen et al. 2024)将注意力转向这次爆炸的后续,并发现它具有独特的行为,进而发现了大质量恒星死亡时产生致密天体—中子星或黑洞—的直接证据。在爆炸之后,大多数超新星的亮度会随时间逐渐减弱,通常呈现出「平滑、渐进的下降」的光曲线。但SN 2022jli的行为却非常奇特:随着总体亮度的降低,其变化呈现非连续平滑的趋势,而是每隔约12天上下摆动一次,形成交替出现的明亮和减暗的序列。这是超新星光曲线中首次检测到的重复周期振荡。Moore和Chen两个团队都认为,SN 2022jli系统中存在多颗恒星可能解释了这种行为。实际上,大质量恒星与伴星相互环绕是相当普遍的,被称为双星系统,而SN 2022jli也不例外。然而,引人注目的地方在于,观测发现其系统中氢气呈现周期性运动和周期性的伽马射线爆发,这显示伴星似乎在超新星爆炸过程中幸存,并且可能持续与另一颗超新星互相绕行。尽管无法直接观测到致密天体本身的光,但这种能量激增只能归因于一颗看不见的中子星,或者可能是一个黑洞,定期吸引伴星氢气大气层中的物质,导致氢气的周期性运动和伽马射线的爆发,并在研究人员的数据中表现为亮度的周期波动。这项研究就像是透过收集所有可能的证据解开一个谜题:在超新星爆炸时,黑洞或中子星的存在得到了确认。

这是一幅艺术家手中SN 2022jli系统的超新星爆炸后的画面。大质量恒星爆炸成超新星后,留下一个致密的物体—中子星或黑洞。伴星在爆炸中幸存,致密天体和它的伴星继续互相绕行,致密天体定期从伴星的氢气大气层中吸取物质。这些物质的增加在研究人员的数据中表现为亮度的定期波动,以及氢气的周期性运动和伽马射线的爆发。This artist’s impression shows the process by which a massive star within a binary system becomes a supernova. This series of events occurred in the supernova SN 2022jli, and was revealed to researchers through observations with ESO’s Very Large Telescope (VLT) and New Technology Telescope (NTT). After a massive star exploded as a supernova, it left behind a compact object — a neutron star or a black hole. The companion star survived the explosion, but its atmosphere became puffier as a result. The compact object and its companion star continued to orbit one another, with the compact object regularly stealing matter from the other’s puffy atmosphere. This accretion of matter was seen in the researchers’ data as regular fluctuations of brightness, as well as periodic movements of hydrogen gas. Credit: ESO/L. Calçada
图说:这是一幅艺术家手中SN 2022jli系统的超新星爆炸后的画面。大质量恒星爆炸成超新星后,留下一个致密的物体—中子星或黑洞。伴星在爆炸中幸存,致密天体和它的伴星继续互相绕行,致密天体定期从伴星的氢气大气层中吸取物质。这些物质的增加在研究人员的数据中表现为亮度的定期波动,以及氢气的周期性运动和伽马射线的爆发。Credit: ESO/L. Calçada

  这次的研究观测资料主要利用了欧洲南方天文台(ESO)的甚大望远镜(VLT)新技术望远镜(NTT)进行观测。随着黑洞或中子星的存在得到确认,SN 2022jli系统还有很多需要揭示的事情,包括致密天体的确切性质,以及这个双星系统可能面临的结局。期待下一代望远镜,如ESO的极大望远镜(ELT),将有助于解开这个谜团,让天文学家揭示这个独特系统的前所未见的细节。(编译/台北天文馆段皓元)

资料来源:ESO Press Release

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  根据最新研究指出,位于我们银河系中、6,000光年远的球状星团M4的中心,可能有一个质量为太阳800倍的中等质量黑洞。中等质量黑洞仍然是天文学中的一个谜团,迄今为止,我们对这些中等质量黑洞的了解大多数仍是间接且不确定的,这个位在M4球状星团中心的黑洞也不例外。这篇研究利用哈勃太空望远镜(Hubble Space Telescope,HST)与盖亚望远镜(Gaia)的巡天资料,仔细追踪了星团中约6,000颗恒星的运动,计算结果显示中心可能藏有一个质量为太阳800倍的中等质量黑洞,儘管目前仍然无法完全确定。

位于天蝎座的M4球状星团,是距离我们最近的球状星团之一。This image from the Wide Field Imager attached to the MPG/ESO 2.2-metre telescope at ESO’s La Silla Observatory shows the spectacular globular star cluster Messier 4. This great ball of ancient stars is one of the closest of such stellar systems to the Earth and appears in the constellation of Scorpius (The Scorpion) close to the bright red star Antares.
图说:位于天蝎座的M4球状星团,是距离我们最近的球状星团之一。来源:ESO

  天文学家早已在宇宙中确认了相当多的黑洞,它们的质量分布非常极端:质量在太阳100倍以下的恒星级黑洞,以及质量在太阳数百万至10亿倍的超大质量黑洞。在这两个极端之间,几乎没有任何中等质量的黑洞存在,究竟是宇宙间真的没有中等质量的黑洞存在,或是它们确实存在,但是因为某种原因使得天文学家无法探测到它们呢?目前天文学界已经了解恒星级质量黑洞的形成原因,主要来自于大质量恒星的核心塌缩或致密天体的合并等等现象,但对于超大质量黑洞的形成仍然有多疑问。究竟超大质量黑洞是藉由许多恒星级黑洞合并形成,或者是另有形成途径呢?中等质量黑洞显然是一个线索,或许可作为恒星级黑洞合并成超大质量黑洞的中间过程。

哈勃太空望远镜拍摄的M4球状星团的中心区域。This sparkling picture taken by the NASA/ESA Hubble Space Telescope shows the centre of globular cluster Messier 4.
图说:哈勃太空望远镜拍摄的M4球状星团的中心区域。来源:NASA

  M4是距离地球最近的球状星团之一,而有些天文学家推论中等质量黑洞可能就藏身于球状星团的中心。球状星团是由极密集、超过10万至100万颗恒星组成的球形外观的星团,大多数的恒星是从同一个星云、在同一个时间形成的。以往针对球状星团的研究发现它们中心的质量密度相当高,符合中等质量黑洞的质量范围。一般来说,若是黑洞没有积极地吸积周遭的物质,一般观测并不容易发现它们的存在,但黑洞所产生的重力影响周围的恒星轨道将会是相当可靠的线索。在这篇研究中,研究团队运算了各种模型,排除星团中心由许多黑洞聚在一起的可能性,也证实了有大量质量集中在很小的区域以内,虽然仍无法完全确定是一个单独的天体的重力造成的,但可以证明它非常、非常地小。若没有全新未知的恒星类型或是未知的天体物理学方面的解释,目前中等质量黑洞是最有可能的解释。研究人员建议持续使用哈勃太空望远镜和韦伯太空望远镜对M4球状星团进行更多的观察,以更加确定恒星在星团中运动的情形。该研究全文请参考2023年7月的皇家天文学会月报(Monthly Notices of the Royal Astronomical Society,MNRAS)。(编辑/台北天文馆谢翔宇)

资料来源:Science Alert
原始论文:英国皇家天文学会月刊 (Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, MNRAS)

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  英国杜伦大学的研究团队利用重力透镜效应发现了一个超大质量黑洞,在此前有几个已发现的大型黑洞,它们的质量估计值也几乎等同于黑洞质量上限,例如:TON 618、4C +74.13…等,但它们都不是使用该技术发现的黑洞。

  重力透镜效应是根据广义相对论而预测出来的现象,当背景光源发出的光在经过重力场附近时,光线会像经过透镜那样产生弯曲现象,其程度取决于重力场的强弱,光线的弯曲有时会扭曲背景星系甚至使其亮度增加。

背景星光受到前景重力场的影响,光线产生弯曲的现象。
图说:背景星光受到前景重力场的影响,光线产生弯曲的现象。

  该研究使用了哈勃太空望远镜的观测资料及杜伦大学的DiRAC COSMA8的超级电脑数据处理能力,研究人员透过数十万次的光线模拟,逐渐描绘出黑洞的样貌,最终符合哈勃太空望远镜的真实观测资料,估计其规模超过300亿倍太阳质量,非常接近目前理论上的黑洞质量上限。(500亿倍太阳质量)

  研究人员认为这次的发现意义重大,因为它开启了另一种发现超大质量黑洞的途径,其研究发表于英国皇家天文学会月报。(编译/台北天文馆技佐许晋翊)

资料来源:英国皇家天文学会

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  银河中心存在一个质量为太阳430万倍的超大质量黑洞,离得太近的恒星可能会被潮汐力撕裂成气体和尘埃流。然而X3a,只有几万年的历史,它距离人马座A星(Sgr A*)如此之近,以至于它的存在挑战了我们对恒星形成和黑洞运作的理解。

  尽管潮汐力及强大的紫外线和X射线会阻止气体聚集成恒星的种子,但X3a不仅存在,而且存在于预测不会形成恒星的地方。

  X3a的半径是太阳的10倍,质量是太阳的15倍,光度是太阳的24,000倍,它不算娇小。

  根据德国科隆大学天体物理学家Florian Peßker领导的研究团队表示:X3a并不是在它所在的位置形成,它形成于离黑洞较远的地方并向内迁移。在距离黑洞几光年的地方有一个区域满足了恒星形成的条件,在这个区域有一圈足够冷的气体和尘埃,并且抵御辐射的破坏。

银河中心的红外图像。An infrared view of the galactic center. (NASA/SOFIA/JPL-Caltech/ESA/Herschel)
图说:银河中心的红外图像。(NASA/SOFIA/JPL-Caltech/ESA/Herschel)

  恒星形成的具体细节仍然是个谜,但我们知道需要满足某些条件。恒星形成于太空中密度大、寒冷的分子云中,当密度更大的团块在自身重力的作用下坍塌、旋转,并开始从周围的分子云中吸引更多物质。超大质量黑洞的邻近区域不被认为是适合这些条件的特别好环境。

  根据该研究团队的分析:X3a可能是在围绕银河系中心的物质环形成。在这个环中,一个更密集的分子云可能聚集在一起,在足够小的区域聚集足够的质量,造成重力坍缩,开始恒星的形成过程。

  这团分子云原本的质量约为100个太阳,它的重力坍缩可能引发了几颗原恒星的形成。

  但是X3a并没有原地踏步,它向人马座A星迁移,在途中,它可能遇到了在同一环境中形成的其他密集的团块,从而使这颗恒星积累更多的质量。

  正是那团名为X3的物质首先引起了天文学家的注意,然后他们才确定了其中的恒星。多台红外和近红外仪器可以辨别出恒星发出的长波光线,这种光可以穿透周围厚厚的尘埃。

  捷克Masaryk大学的天文学家Michal Zajaček表示:X3a的质量大约是太阳质量的10倍,演化速度非常快。我们很幸运地发现了这颗恒星。它拥有年轻恒星相关的关键特征,例如围绕它旋转的密集拱星包层(circumstellar envelope)。

  X3a的发现可以帮助天文学家解开另一个长达数十年的谜团。大约20年前,在人马座A星附近发现了非常年轻的恒星,在此之前人们认为那里只能存在非常古老的恒星。X3a表明:在更远的地方形成年轻恒星,然后向人马座A星迁移,这可能并不是特别罕见的情况。

  而且X3a的状况也可能不会只发生在我们的银河系中。在许多其他星系中发现类似人马座A星的结构,年轻的恒星群可以寄宿。这个概念可能会改变我们对星系核动力学的理解。

  未来的工作将测试该团队的恒星形成模型,不仅适用于银河系,也适用于更广阔的宇宙。

  该研究已发表在《The Astrophysical Journal Letters》上。(编译/台北天文馆施欣岚)

资料来源:Science Alert

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  黑洞并不像一般人想象的猎人那样到处去捕捉猎物,而是停留在原地像捕兽夹那样。当一颗倒霉的星星经过黑洞的重力影响范围时,它的引力会将其猛烈地撕裂,并在喷射出强烈辐射的同时,缓慢地吞噬它的气体。

  黑洞的中心也可称为重力奇异点或时空奇异点,是一个体积无限小、密度无限大的点,在这个点上,目前所知的物理定律均无法适用,因此在当前的理论中,一个物体在落入黑洞中心的奇异点之前,会因不同部位受到的吸引力差距而被拉长,又可以称为面条化,而最终消失于事件视界中。我们可能永远也无法用实验数据证明奇异点的存在,却又能从数学及物理理论中证明它,虽然目前有许多理论(如:超弦理论、圈量子重力论等)试图绕过奇异点来解释黑洞的存在,但这些理论目前并非主流观点,也缺乏实验或更有力的理论证明。

  美国航太总署(NASA)利用哈勃太空望远镜详细记录了恒星被黑洞吞噬的惊诧时刻,这种现象被称为「潮汐瓦解事件」(Tidal Disruption Event),即使是哈勃太空望远镜也无法拍摄到事件的全貌,因为这颗被吞噬的恒星距离我们约三亿光年,但天文学家利用紫外光波段来研究恒星所发出的光,使科学家能够还原整起「星」杀案的经过。

  这起事件最初是由超新星全天自动巡天望远镜(All-Sky Automated Survey for Supernovae)所发现,该设施每周对天空巡视一遍,以寻找与过往照片不同之处。一般而言这些事件很难见到,但这次的亮度够高也够「近」,因此哈勃太空望远镜有足够的时间进行紫外光谱分析。

  哈勃对该处的光谱观测数据,显示出一团非常明亮、极热、甜甜圈形状的气体,该区域曾经是恒星,并且与太阳系的大小相当,该盘面围绕中间的一个黑洞旋转。科学家看到来自盘面边缘的某处,黑洞的恒星风以每小时3200万公里的速度扫过表面并投射到我们眼前,因此透过数值模拟,科学家得以建立如下动画,该研究成果于美国天文学会第241次会议中发表。(编译/台北天文馆技佐许晋翊)

Tidal Disruption Event
图说:艺术家的插图描绘了黑洞如何吞噬一颗绕行的恒星。1.一颗普通恒星经过星系中心的超大质量黑洞附近。2.恒星的外层气体被拉入黑洞的引力场。3.当潮汐力将恒星撕裂时,恒星被撕碎。4.恒星残余物被拉入黑洞周围的甜甜圈状环中,最终将落入黑洞,释放出大量的光和高能辐射。图片来源:NASA、ESA、Leah Hustak (STScI)

资料来源:NASA

发布单位:台北市立天文科学教育馆

  由日本国立天文台领导的一组国际研究小组透过分析多个波段的星系样本,发现超大质量黑洞通常存在于100多亿年前已完成恒星形成的星系中心,研究表示遥远宇宙星系中的黑洞与恒星形成活动的结束间存在着密切的关係。星系是恒星的集合体,了解恒星是如何在星系中诞生,将有助于我们对星系的演化更加了解,而想解开这个谜团的关键之一在于遥远的宇宙。

  银河系中有着各种不同年龄的恒星,包含许多仍在形成的恒星。但在椭圆星系里,不仅所有的恒星年老,且年龄大致相同。这表示椭圆星系在早期历史曾有一段多产的恒星形成时期,但却突然结束。为什么恒星的形成在某些星系中停止,而在其他星系中却没有,原因尚不清楚。但其中一种可能性是超大质量黑洞扰乱了星系中的气体,而创造了一个不适合恒星形成的环境。为了验证此一理论,天文学家观察了远在100亿光年外的天体发出的光,这些光必须经过100亿年的旅程才能到达地球。因此,我们今天看到的光显示了100亿年前光离开该星系时的样子,就如同回顾过去一样。但这中间的距离会使得遥远的星系看起来更暗,让研究变得困难。

  为了克服这些困难,研究团队使用COSMOS分析来自9.5亿~125亿光年外的星系,以检测来自早期宇宙中垂死星系的活跃超大质量黑洞的讯号。COSMOS是一个大型的国际资料库,结合了包含无线电波、红外光、可见光和X射线等领先全球的望远镜资料,例如阿塔卡玛大型毫米及次毫米波阵列(ALMA)和速霸陆望远镜(Subaru Telescope)。研究人员先使用光学和红外资料来识别两组星系,分别是正在形成恒星的星系,和已停止恒星形成的星系。由于X射线和无线电波资料的讯噪比太弱,无法识别单个星系,因此将不同星系的资料结合起来,以产生「平均」星系的较更高讯噪比影像,并从其中确认了无恒星形成星系的X射线和无线电波影像。

  这是第一次在距离超过100亿光年外的遥远星系中检测像这样的电磁波辐射,分析得到的X射线和无线电波比预期的都还要强,无法仅用星系中的恒星来解释,这表示存在一个活跃的超大质量黑洞。而对于正在形成恒星的星系,这种黑洞活动讯号则较弱。因此,研究小组得出结论,早期宇宙中恒星形成的结束其原因可能与超大质量黑洞活动的增加有关,未来还需要更多的研究来确定细节。该研究成果发表于《The Astrophysical Journal》期刊上。(编译/台北天文馆赵瑞青)

研究方法概念图。图片来源:日本国立天文台
图说:研究方法概念图。图片来源:日本国立天文台

资料来源:Phys.org

发布单位:台北市立天文科学教育馆

  台湾中央研究院天文及天文物理研究所参与「事件视界望远镜(Event Horizon Telescope,EHT)」国际合作计划,观测银河系中心超大质量黑洞研究成效卓越,于2022年5月12日晚间举办全球同步记者会,公布银河系中心超大质量黑洞的第一张影像,亦成为银河系中心黑洞存在的「第一个直接观测证据」。

银河系中心超大质量黑洞人马座A星的第一张照片
图说:银河系中心超大质量黑洞人马座A星的第一张照片

  事件视界望远镜科学团队(EHT),曾在2019年拍摄了第一张位于室女座M87星系中心的超大质量黑洞剪影,震惊全世界。事隔三年,又公告这「开创性」的讯息,其内容就是科学家们追踪多年的银河系中心区域,那个看不见的超大质量致密天体,名为人马座A星(简写为Sgr A*)。Sgr A*黑洞与M87星系中心黑洞图像拥有相同的环状结构和剪影。黑洞强大的重力,导致事件视界外,光子的运动轨迹形成弯曲状态,这两个黑洞的明亮光环形状与大小,其结果亦验证广义相对论预测。本突破性发现有助于进一步理解银河系中心,以及此巨大黑洞如何与周围环境相互作用。

夏季银河
图说:夏季银河

  先来比较这两黑洞的差异,位于M87星系中心的黑洞质量约为太阳的65亿倍,距离地球约为5,500万光年;而位于银河系中心的黑洞质量约为太阳的430万倍,距离地球约为2.5万光年,两者质量相差约1500倍,距离差了2000倍。而针对观测难度而言,银河系中心的黑洞离地球较近,其在天空中的张角比较大,但受银河系盘面大量星系介质的影响,其观测难度将大大提升。并且在黑洞周围,物质环绕的时间尺度较大的黑洞所花时间较长,相对之下Sgr A*黑洞周围物质环绕速度较快,事件视界望远镜科学团队利用特长基线干涉技术(VLBI)观测,对Sgr A*黑洞来说就太慢了。

  中央研究院天文及天文物理研究所研究员陈明堂表示,本次公布的黑洞影像由全球8座望远镜共同完成,中研院负责运转或参与建造的望远镜就有3座:「次毫米波阵列望远镜(SMA)」、「马克斯威次毫米波望远镜(JCMT)」,及「阿塔卡玛大型毫米及次毫米波阵列(ALMA)」,皆成为解开本世纪科学之谜的重要工具。事件视界望远镜科学团队(EHT),克服了上述观测上的困难,成功解开银河系中心黑洞的面纱。

  另外,事件视界望远镜科学团队(EHT)在黑洞理论数值模拟,利用相对论性磁流体力学(General Relativistic Magnetohydrodynamics),成功模拟出黑洞周围强重力场、磁场与流体的环境。研究团队透过理论数值模拟,产出180万张黑洞影像,及130万个黑洞系统光谱,并利用Sgr A*黑洞11项观测结果当筛选条件,过滤出可能的黑洞与其周围环境的特色,并模拟出其观测结果。

黑洞理论模式模拟(图片来源:中研院记者会影像)
图说:黑洞理论模式模拟(图片来源:中研院记者会影像)

  本次EHT黑洞影像观测成果,集结全球上百个研究机构、超过300名研究人员共同参与。论文亦已于2022年5月12日刊登在《天文物理期刊通讯》。(编辑:台北天文馆林琦峯)

资料来源:中研院
补充资料:如何「看见」银河系中心的黑洞?.pdf

发布单位:台北市立天文科学教育馆

  黑洞是宇宙中的强力引擎,它们提供类星体和其它活跃星系核的能量,从本质上来说,黑洞本身并没有磁场,但黑洞周围密集的电浆(plasma)在绕着黑洞旋转时,其中的带电粒子会产生电流和磁场。

  电浆的流动方向不会自发性地改变,所以科学家首先就认为黑洞的磁场是非常稳定的,但是这次见到磁场逆转证据时,科学家们都相当惊讶。磁场的方向翻转这件事,在恆星中很常见,例如:我们的太阳磁场每11年左右就会逆转一次,甚至地球每隔几十万年也会发生磁极倒转的现象,但磁极逆转被认为不太可能存在于超大质量黑洞中。

  2018年,2.39亿光年外,名为1ES 1927+654的星系在可见光波段变亮了100倍,在发现不久后,雨燕天文台捕捉到了它在X射线及紫外光波段的光芒,经过数据分析,科学家发现该星系实际上是在2017年底就开始变亮。

1ES 1927+654星系磁力线随时间演变之示意图。
图说:1ES 1927+654星系磁力线随时间演变之示意图。

  当时认为这种快速变亮是由于一颗恒星经过超大质量黑洞时,近距离接触引起的潮汐破坏事件,撕裂恒星扰乱黑洞吸积盘从而产生这次的高亮反应,但这次的新研究却不是如此。

  研究团队观察了从电波到X射线的相关资料,其中X射线波段的强度比往常下降的更剧烈,X射线通常是由带电粒子在强磁场中盘旋产生的,这显示黑洞附近的磁场产生了异常变化,与此同时,可见光及紫外光波段的强度却增加了,这不是潮汐破坏事件的典型反应,反倒是磁场逆转才更符合这样子的资料。

  当黑洞吸积盘历经磁场逆转时,磁场在吸积盘的外缘减弱,因此磁盘可以更有效地加热,磁场一旦减弱,带电粒子产生的X射线就越少,直到磁场完成反转之后,盘面又回到原来的状态。这是第一次观测到星系黑洞的磁反转,但究竟有多普遍,还需要更多的观测才能确定,该研究目前可以在论文预印本网站下载。(编译/台北天文馆技佐许晋翊)

资料来源:Science Alert

发布单位:台北市立天文科学教育馆

  质量约为10到100倍太阳质量的黑洞是垂死恒星的残余物,而质量超过太阳100,000倍的超大质量黑洞则位在大多数星系的中心,但宇宙中还散布着一些明显但类型更为神秘的黑洞,这些黑洞的质量从100到100,000个太阳质量不等,不仅难以测量,甚至连它们是否存在都备受争议。研究团队透过分析NASA钱卓拉X射线天文台所拍摄108个拥有核星团(nuclear star cluster)星系的影像,寻找巨大黑洞的特征,而这项新的研究将可以解释这些黑洞是如何透过摧毁上千颗的恒星以增加其质量。

  研究人员表示中等质量黑洞生成的关键可能是在于它们的环境,研究人员观察了星系中心非常密集的恒星星团,由于恒星非常接近,因此许多恒星将在星系团中心黑洞的引力范围内通过。其研究表明如果星团中的恒星密度高于底限时,那么位于星团中心的恒星质量黑洞将因拉拢、撕碎及吸纳附近的恒星时快速增长。在此次研究的星团中,密度高于此底限的星团,其发展中的黑洞数量约是低于密度底限星团的两倍,而密度底限值取决于星团中恒星移动的速度。天文学家表明这个过程可以在宇宙历史的任何时候发生,这表示中等质量的黑洞可以在大爆炸后数十亿年形成,直到今天。该研究成果发表于《The Astrophysical Journal》期刊上。(编译/台北天文馆赵瑞青)

星系显示其中心附近黑洞生长的证据。钱卓拉X射线(蓝色)叠加在来自哈勃太空望远镜所拍摄的星系NGC 1385、NGC 1566、NGC 3344和NGC 6503的光学影像上。
图说:图中这些星系显示其中心附近黑洞生长的证据。钱卓拉X射线(蓝色)叠加在来自哈勃太空望远镜所拍摄的星系NGC 1385、NGC 1566、NGC 3344和NGC 6503的光学影像上。图片来源:NASA/CXC/Washington State University / Baldassare et al. / ESA / STScI.

资料来源:SCI-NEWS

发布单位:台北市立天文科学教育馆

  天文学家使用哈勃太空望远镜看到距离130亿光年的天体,可能是超大质量黑洞的祖先。这个称为GNz7q的天体位于大天文台起源北部星系深空巡天调查(GOODS-North)星场,在大霹雳后仅7.5亿年就存在了。该团队发现它是紧凑的紫外线和红外线源,不可能是由星系的辐射引起的,但与落入黑洞的物质所预期的辐射一致,表明GNz7q是一个新形成的黑洞。

  当今天文学的一个未解之谜:达数百万到数十亿太阳质量的超大质量黑洞,如何能如此快速增长?丹麦哥本哈根大学研究团队目前提出的理论认为,超大质量黑洞在剧烈形成恒星的“星暴星系”核心中形成,之后推开周围气体和尘埃,并以极为明亮的类星体形态现身,目前未有明确的观测证据,但该团队认为GNz7q具有星暴星系和类星体的特征,它很可能是个超大质量黑洞。

  类星体是由位于星系中央的超大质量黑洞所驱动极明亮的天体,超大质量黑洞会吞噬附近的物质形成吸积盘,吸积盘气体会经由摩擦而产生高温,在各波段释放明亮光线。观测显示GNz7q的宿主星系正在以每年1,600个太阳质量的速度形成恒星,它在紫外线波段极亮,但在X射线波长却非常微弱。团队认为X射线源的吸积盘核心仍被灰尘遮蔽,而吸积盘的外部(即紫外光的来源)已变得清晰,所以推测GNz7q是快速增长的黑洞,但仍被其宿主星系的尘埃核心所掩盖。

  研究团队表示:借助GOODS-North计划所提供的多波长观测数据,才能找到隐藏在星爆星系中的GNz7q。不然GNz7q缺乏能识别早期宇宙中类星体的特征,所以很容易被忽视。该研究团队认为未来使用詹姆斯·韦伯太空望远镜的光谱仪器能对如GNz7q等天体进行更详细研究,以研究超大质量黑洞之谜。相关研究发表在《自然》期刊。(编译/台北天文馆研究员李瑾)

GNz7q位于大天文台起源北部星系深空巡天调查星场。
GNz7q位于大天文台起源北部星系深空巡天调查星场。

资料来源:Science Daily