100個黑洞

Palomar 5號球狀星團一直很奇怪。這個星團是已知“最蓬松”星團之一。它的質(zhì)量比其它星團質(zhì)量要小，并且恒星之間的距離也非常大。它有兩條長長的流光從星團中逸出，并且現(xiàn)在天文學(xué)家發(fā)現(xiàn)Palomar 5有個新的奇特現(xiàn)象：它的中心隱藏著超過100個黑洞。天文學(xué)家組于2021年7月1日宣布，這個奇特的球狀星團黑洞數(shù)量比預(yù)期的大約還多3倍。這個星團20%的質(zhì)量來自黑洞。這些天文學(xué)家預(yù)測，總有一天這些恒星會消失不見，只留下黑洞。

研究員們在同行評議期刊《自然天文學(xué)》上發(fā)布了他們的研究。

Palomar 5是球狀星團，由眾多恒星組成，在銀河系的星系暈中運轉(zhuǎn)。1950年，Palomar 5由沃爾特·巴德（Walter Baade）所發(fā)現(xiàn)。Palomar 5距離我們有65,000光年遠，位于巨蛇座方向。由于該球狀星團和星系同時形成，所以年代久遠，至今已存在了100億年。該球狀星團正處于消散過程中，長長的恒星流正從該星團流往太空。

這張銀河系的全景圖顯示了恒星集中的亮區(qū)以及黑暗、布滿塵埃的區(qū)域。漂浮在頂部的小塊亮區(qū)可以獲得更深層次的數(shù)據(jù)，通過該區(qū)域，我們可以看到Palomar 5及其潮尾。星團以及星流跨越了20度以上的天空。與之相比，滿月只跨越了1/2度。圖片來自馬克·吉勒斯（Mark Gieles）等人/ Gaia eDR3/ DESI DECaLS/巴塞羅那大學(xué)。

和黑洞一樣重的球狀星團

對于一個球狀星團來說，帕洛瑪5號的黑洞數(shù)量是不尋常的。該論文的第一作者、巴塞羅那大學(xué)的馬克·吉爾斯(Mark Gieles)說:

“黑洞的數(shù)量大約是星團中恒星數(shù)量的三倍，這意味著星團總質(zhì)量中的20%以上是由黑洞提供的。每個黑洞的質(zhì)量大約是太陽質(zhì)量的20倍，是在大質(zhì)量恒星生命末期的超新星爆炸中形成的，那時星團還很年輕?！?/p>

巴塞羅那大學(xué)宇宙科學(xué)研究所的馬克·吉勒斯（Mark Gieles）領(lǐng)導(dǎo)這項研究。圖片來自巴塞羅那大學(xué)。

潮汐流的羅塞塔石碑

和黑洞一樣重的星團正在失去恒星，它們從星團流向太空，留下了長長的彗尾，在深空觀測中可見。潮汐流是由擾亂星團或矮星系噴射出來的恒星組成的。Palomar 5是唯一一個展現(xiàn)出潮汐流的球狀星團。但在過去幾年，天文學(xué)家發(fā)現(xiàn)了近30條與銀河系暈中的星系團無關(guān)的薄潮汐流。吉勒斯說道：

“我們不知道這些潮汐流是如何形成的，但有一種觀點認為它們是擾亂星團。然而，最近發(fā)現(xiàn)的潮汐流中沒有一個與擾亂星團相關(guān)，因此我們無法確定。所以，為了了解這些潮汐流是如何形成的，我們需要研究一個與之相關(guān)的恒星系統(tǒng)。Palomar 5是唯一可研究的對象，它成為了解河流形成的羅塞塔石碑，這也是我們詳細研究它的原因。”

較高的黑洞密度可能在潮汐流的形成中起著關(guān)鍵作用。他繼續(xù)說道：

“我們已經(jīng)證明，極高密度黑洞可能存在于任何一個星團中，從而幫助潮汐流的生成”。

從球狀到黑洞星系團

利用計算機建模，科學(xué)家們進行了不同的模擬，希望發(fā)現(xiàn)一個與帕洛馬5號的屬性相匹配的。帕洛馬5號可能是與較低濃度的黑洞一起形成的。恒星比黑洞更容易逃逸，因此星團中黑洞占恒星的比例增加了。黑洞與恒星的相互作用產(chǎn)生了引力彈弓，這幫助創(chuàng)造了它“蓬松”的外觀，導(dǎo)致更多的恒星逃逸，并為流出的“潮汐流"提供燃料?？茖W(xué)家們說，10億年后，就在星系團完全解散之前，它將完全由黑洞組成。

科學(xué)家們的研究為我們了解球狀星團的形成、恒星的初始質(zhì)量和大質(zhì)量恒星的演化提供了更完整的圖景，并對研究引力波有重要的意義。

結(jié)論：科學(xué)家發(fā)現(xiàn)，被稱為帕洛馬5號的球狀星團中大部分是黑洞，有一天它將失去所有恒星，完全由黑洞構(gòu)成。

相關(guān)知識

黑洞作為宇宙中的超時空 ，引力 強大到足以吞噬宇宙射線包括光粒子，廣義相對論預(yù)測當(dāng)質(zhì)量天體坍塌壓縮到達一定程度，時空變形，產(chǎn)生了黑洞,?無法逃脫的邊界稱為視閾（視界）。盡管它對經(jīng)過它的物體的命運甚至宇宙環(huán)境有著巨大的影響，多方面探測，目前仍未證實它的天體特征，即禁區(qū)“超時空”的存在。

此外，彎曲時空中的量子場論預(yù)測，視閾會發(fā)出霍金輻射，其光譜與黑體相同，溫度與其質(zhì)量成反比。對于恒星質(zhì)量的黑洞來說，大約是絕對溫度下的十億分之一，根本無法直接進行觀測。

在18世紀，約翰·米歇爾和皮埃爾·西蒙·拉普拉斯首先考慮了引力場較強及光逃逸的物體。

1916年，卡爾·施瓦茨希爾德(Karl Schwarzschild)根據(jù)廣義相對論發(fā)現(xiàn)了第一個描述黑洞特征的現(xiàn)代方案，1958年，戴維·芬克爾斯坦(David Finkelstein)在首次發(fā)表的廣義相對論的解釋中提到：黑洞是一個沒有任何物體可以逃脫的空間閾。黑洞長期以來一直被認為是數(shù)學(xué)上的新奇事物；直到20世紀60年代，理論研究證明它們普遍證明了廣義相對論。1967年，約瑟琳·貝爾·伯奈爾（Jocelyn Bell Burnell）發(fā)現(xiàn)了脈沖星（旋轉(zhuǎn)的中子星），這引發(fā)了人們對引力坍縮致密天體的興趣，認為這可能是天體物理學(xué)的實現(xiàn)。1971年，幾位研究人員獨立發(fā)現(xiàn)了第一個黑洞天鵝座X-1。

注：中子于1932年發(fā)現(xiàn)，美國天文學(xué)家同時認為還有高速自轉(zhuǎn)的中子星存在，并于1934年作出預(yù)言，這是一種具有恒星質(zhì)量并且?guī)缀跬耆芍凶訕?gòu)成的致密星體，超新星爆炸之后的遺留物被壓縮而來。

BY：Kelly Kizer Whitt

FY：Astronomical volunteer team

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