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發(fā)現(xiàn)22.5億倍太陽(yáng)質(zhì)量的超大黑洞，銀河系中心的才431萬(wàn)倍

2019-09-27 18:22 作者:博科園 0人讀過(guò) | 我要投稿

發(fā)現(xiàn)22.5億倍太陽(yáng)質(zhì)量的超大黑洞，銀河系中心的人馬座A*才431萬(wàn)倍！黑洞內(nèi)部發(fā)生的事情仍然停留在黑洞內(nèi)部，從外部無(wú)法看到，當(dāng)然也看不到。

但是黑洞“影響范圍”（星系最深處的區(qū)域，黑洞的引力是主導(dǎo)力量）內(nèi)發(fā)生的事情引起了天文學(xué)家的極大興趣，可以幫助確定黑洞質(zhì)量及其對(duì)星系鄰居的影響。阿塔卡馬大型毫米/亞毫米陣列(ALMA/阿爾瑪)新觀測(cè)結(jié)果提供了一個(gè)前所未有的近距離觀測(cè)，觀測(cè)到一個(gè)圍繞超大質(zhì)量黑洞旋轉(zhuǎn)的冷星際氣體盤(pán)。

這個(gè)圓盤(pán)位于NGC 3258的中心，這是一個(gè)巨大的橢圓星系，距地球約1億光年。根據(jù)這些觀測(cè)結(jié)果，由德克薩斯農(nóng)工大學(xué)和加州大學(xué)歐文分校天文學(xué)家領(lǐng)導(dǎo)的一個(gè)小組確定，這個(gè)黑洞質(zhì)量達(dá)驚人的22.5億倍太陽(yáng)質(zhì)量，是阿爾瑪迄今測(cè)量到的最大黑洞。雖然超大質(zhì)量黑洞的質(zhì)量可能是太陽(yáng)質(zhì)量的數(shù)百萬(wàn)到數(shù)十億倍，但黑洞只占整個(gè)星系質(zhì)量的一小部分。從恒星、星際氣體和星系中心暗物質(zhì)中分離出黑洞引力的影響是一項(xiàng)挑戰(zhàn)，需要在非常小的尺度上進(jìn)行高度敏感觀測(cè)，德克薩斯農(nóng)工大學(xué)博士后研究員本杰明·博澤爾說(shuō)：

在準(zhǔn)確確定黑洞質(zhì)量時(shí)，觀察盡可能靠近黑洞的物質(zhì)軌道運(yùn)動(dòng)至關(guān)重要，這些對(duì)NGC 3258的新觀測(cè)結(jié)果證明了ALMA在繪制超大質(zhì)量黑洞周?chē)鷼鈶B(tài)盤(pán)旋轉(zhuǎn)細(xì)節(jié)方面的驚人能力。天文學(xué)家使用各種方法來(lái)測(cè)量黑洞的質(zhì)量，在巨大的橢圓星系中，大多數(shù)測(cè)量來(lái)自于對(duì)黑洞周?chē)阈擒壍肋\(yùn)動(dòng)的觀察，這些觀測(cè)是在可見(jiàn)光或紅外光下進(jìn)行。另一種技術(shù)是在環(huán)繞黑洞旋轉(zhuǎn)的氣體云中，使用自然產(chǎn)生的“無(wú)線波長(zhǎng)激光器”。提供了更高的精度，但這些無(wú)線波長(zhǎng)激光器非常罕見(jiàn)，而且?guī)缀踔慌c擁有較小黑洞的螺旋星系有關(guān)。

在過(guò)去的幾年里，阿爾瑪開(kāi)創(chuàng)了一種新的方法來(lái)研究巨型橢圓星系中的黑洞。大約10%的橢圓星系中心都有規(guī)律地旋轉(zhuǎn)著由稠密的冷氣體組成圓盤(pán)。這些圓盤(pán)含有一氧化碳(CO)氣體，可以用毫米波射電望遠(yuǎn)鏡觀察到。通過(guò)利用一氧化碳分子發(fā)射的多普勒頻移，天文學(xué)家可以測(cè)量繞軌道運(yùn)行的氣體云速度，阿爾瑪使解決軌道速度最高的星系中心成為可能。研究團(tuán)隊(duì)幾年來(lái)一直在和ALMA一起觀測(cè)附近的橢圓星系，以發(fā)現(xiàn)和研究圍繞巨大黑洞旋轉(zhuǎn)的分子氣體盤(pán)。

NGC 3258是發(fā)現(xiàn)的最好目標(biāo)，因?yàn)锳LMA能夠追蹤到比任何其他星系更接近黑洞的圓盤(pán)旋轉(zhuǎn)。就像地球繞太陽(yáng)公轉(zhuǎn)的速度比冥王星快，是因?yàn)樗?jīng)歷了更強(qiáng)的引力一樣，由于黑洞的引力，NGC 3258的內(nèi)部區(qū)域比外部區(qū)域公轉(zhuǎn)速度快。ALMA觀測(cè)數(shù)據(jù)顯示，該盤(pán)的轉(zhuǎn)速?gòu)耐膺吘?距黑洞約500光年)的每小時(shí)100萬(wàn)公里，上升到離該盤(pán)中心(距黑洞僅65光年)的近300萬(wàn)公里每小時(shí)。通過(guò)模擬盤(pán)的旋轉(zhuǎn)來(lái)確定黑洞質(zhì)量，包括星系中心區(qū)域恒星的額外質(zhì)量和其他細(xì)節(jié)。

比如氣體盤(pán)的輕微彎曲形狀。對(duì)快速旋轉(zhuǎn)的清晰探測(cè)使研究人員能夠以超過(guò)1%的精度確定黑洞質(zhì)量，盡管由于到NGC 3258的距離并不十分精確，測(cè)量中還有12%的系統(tǒng)不確定性。即使考慮到不確定的距離，這也是對(duì)銀河系外任何黑洞的最精確質(zhì)量測(cè)量之一。下一個(gè)挑戰(zhàn)是找到更多像這樣近乎完美的旋轉(zhuǎn)圓盤(pán)，這樣就可以用這種方法在更大的星系樣本中測(cè)量黑洞質(zhì)量。阿爾瑪?shù)倪M(jìn)一步觀測(cè)達(dá)到這種精度水平，將有助于更好地理解星系和黑洞在宇宙年齡范圍內(nèi)的增長(zhǎng)。