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可能发现了一个“缺失”的黑洞

2020-07-24 13:13 主页 来源:未知
可能发现了一个“缺失”的黑洞


文章介绍了之前观测到的X射线被怀疑是从一颗中等质量的黑洞吞并一颗恒星时发出的,并且在一篇新的论文中也得到了证明。
 
天文学家发现了黑洞演化“缺失环节”的中等质量黑洞,它已经吞噬了一颗恒星
 
 
 
黑洞很狡猾。它们潜伏在黑暗中,不发出任何可探测的辐射,因此很难被发现。但它们有一个弱点:他们是太空中的无规律食客。这个弱点使得天文学家们有机会将注意力集中在一些难以捉摸的东西上:黑洞演化的“缺失环节”—中等质量黑洞。
 
 
 
2006年观测到的一个巨大的x射线耀斑被天文学家怀疑是一个中等质量黑洞,它的质量相当于太阳的5万倍,它撕裂和吞噬一颗了恒星。通过消除一个主要的竞争性假设,研究人员现在确信他们的怀疑是有道理的。
 
即使在最好的观测条件下,黑洞也是神秘的。因为它们不发光,所以无法按照常规手段进行探测,科学家必须根据它们对周围物体的影响来测量它们的属性——无论是轨道上的物体,还是它们实际上正在吞噬的东西,这些过程会产生大量的热和光。
 
 
 
然而,中等质量的黑洞仍是一个谜。因为,即使科学家已经发现了质量相当大的恒星黑洞(相当于太阳质量的100倍)和质量相当大的超大质量黑洞(相当于太阳质量的10万倍以上,它们还可以变得更大),但两者之间的重量等级却非常难以划分。
 
目前,探测器已经发现了中等质量黑洞存在的迹象,但一切还没有定论。根据作者的说法,这篇新论文是迄今为止最好的证据。
 
 
 
这个证据来自于一个名为3XMM J215022.4 055108(或简称J2150 0551)的巨大x射线耀斑。虽然这个耀斑已经持续了三年之久,但在2006年,两个强大的x射线太空望远镜——美国国家航空航天局的钱德拉x射线天文台和欧洲航天局的x射线多镜任务(xmm -牛顿)——才首次发现了耀斑。
 
 
 
2018年,新罕布什尔大学物理学家、天文学家林大成及其同事基于这些望远镜的观测结果发表了一篇论文。他们的结论是,耀斑很可能是一个中等质量的黑洞吞噬一颗恒星时释放出的辐射。
 
林和他的团队已经获得并分析了来自XMM牛顿和哈勃太空望远镜的新的多波长观测结果。他们确信上述结论就是导致耀斑的原因。
 
 
 
林说:“中等质量的黑洞是非常神秘、难以捉摸,因此仔细考虑并排除每个候选解释是至关重要的。”“哈勃望远镜的观测结果为进一步排除其他解释提供了机会。
 
关于J2150 0551的一个奇怪点是它的位置——不是在星系的中心,星系中心通常是大黑洞撕裂恒星的位置。它似乎来自8亿光年之外的透镜状星系外围的一个星团。
 
 
 
这与一个中等质量黑洞的形成模型是一致的,这也解释了为什么它们很难被发现。
 
2004年的一篇论文提出,一个大密度星团的重力可能导致其内部的恒星向星团中心坠落,形成一个质量相当于数千个太阳的恒星。然后它会在自身的重量下坍塌,形成一个中等质量的黑洞。
 
但是,由于很难分辨银河系外的个别恒星,更不用说跟踪它们的轨道了,所以银河系外的黑洞只有在物质(如恒星或气体云)主动坠入黑洞时才能被探测到。
 
当某星团内形成了一个黑洞时,它就会将其引力范围内的所有星体吞噬进自己的“腹中”,这意味着除了罕见的偶尔出现的流浪星外,在它的附近空无一物。这也是天文学家认为J2150 0551形成的过程。
 
 
 
还有一种可能是J2150 0551是别的什么东西——银河系里的一颗中子星在一次吸积爆发中被加热后正在冷却——吞下了另一颗恒星的物质。一次足够大的增生爆发导致了中子星的这种加热,虽然全天空观测中没有检测到这个过程,但我们需要一个更有说服力的结论来驳回。
 
当哈勃望远镜指向天空,观测J2150 0551的那片区域时,获得了高分辨率成像。这些观测证实了x射线并不是来自银河系,而是来自8亿光年之外的星团。
 
同时,XMM牛顿获得了更多的x射线观测结果。
 
法国图卢兹大学的天文学家娜塔莉·韦伯说:“进一步的x射线观测使我们能够了解总能量输出。”“这有助于我们了解被黑洞吞噬的恒星的类型。“
 
这些观察让研究人员得出结论:耀斑是由一个中等质量的黑洞引起的,它捕获、粉碎并聚积了一个小的主序恒星,其质量约为太阳的三分之一,大小约为太阳的40%。
 
他们还发现,这个星团本身可能是一个矮星系的核心,由于与邻近的大星系的引力作用,它的大部分物质都被剥离了。
 
 
 
重要的是,这一发现再次证明,围绕更大质量星系运行的星团可能是发现这些难以捉摸的中等质量黑洞的主要地点。