來自卡迪夫大學(xué)科學(xué)家領(lǐng)導(dǎo)的一個研究小組表示，使用一項新技術(shù)能夠以前所未有的細(xì)節(jié)，放大黑洞這些神秘的宇宙物體，更接近了解超大質(zhì)量黑洞(SMBH)是如何誕生的。

科學(xué)家們不確定超大質(zhì)量黑洞是在宇宙大爆炸后不久的極端條件下形成（這個過程被稱為“直接坍塌”），還是在更晚的時候，從大質(zhì)量恒星死亡所產(chǎn)生的“種子”黑洞中生長出來的。

如果前一種假設(shè)是正確的，那么超大質(zhì)量黑洞從一誕生來就會有極大的質(zhì)量（比太陽大幾十萬到幾百萬倍）并且會有一個固定的最小尺寸。如果后者是正確的，那么超大質(zhì)量黑洞一開始會相對較小，大約是太陽質(zhì)量的100倍，隨著時間的推移，通過吸食在它們周圍的恒星和氣體云，超大質(zhì)量黑洞開始變得更大。天文學(xué)家長期以來一直在努力尋找質(zhì)量最低的超大質(zhì)量黑洞，這是破譯這個問題所需的缺失環(huán)節(jié)。

在最新的這項研究中，卡迪夫大學(xué)領(lǐng)導(dǎo)的研究團(tuán)隊突破了界限，揭示了在銀河系附近星系中心觀察到質(zhì)量最低最小的超大質(zhì)量黑洞之一，質(zhì)量不到太陽質(zhì)量的100萬倍。超大質(zhì)量黑洞在一個熟知的“米拉赫幽靈”星系中，因為它靠近一顆非常明亮的恒星“米拉赫”，給了它一個幽靈般的陰影。這一發(fā)現(xiàn)是利用阿塔卡馬大毫米/亞毫米陣列(ALMA)的一項新技術(shù)得出。

阿塔卡馬大毫米/亞毫米陣列位于智利安第斯山脈查南多高原高處的最先進(jìn)望遠(yuǎn)鏡，用于研究來自宇宙中一些最冷物體的光?？ǖ戏虼髮W(xué)物理與天文學(xué)學(xué)院的蒂姆·戴維斯博士說：米拉赫幽靈星系中的最低質(zhì)量超大質(zhì)量黑洞質(zhì)量似乎在‘直接坍塌’模型預(yù)測的范圍內(nèi)。它目前是活躍的，正在吞噬氣體，所以一些更極端的‘直接坍塌’模型只會產(chǎn)生非常大的超大質(zhì)量黑洞。

探索最小超大質(zhì)量黑洞

單憑這一點(diǎn)還不足以明確區(qū)分‘種子’黑洞圖景和‘直接坍塌’之間的區(qū)別，需要了解這方面的統(tǒng)計數(shù)據(jù)，但這是朝著正確方向邁出的一大步。黑洞是在引力坍塌下形成的物體，留下體積微小但密度大的令人難以置信的空間區(qū)域，任何東西都無法逃脫，即使是光也不行。超大質(zhì)量黑洞是最大的黑洞類型，據(jù)信，幾乎所有的大型星系，如我們的銀河系，都有一個位于其中心的超大質(zhì)量黑洞。

來自Armagh天文臺和天文館的戴維斯博士團(tuán)隊成員馬克·薩齊博士說：在非常遙遠(yuǎn)的星系中也發(fā)現(xiàn)了超大質(zhì)量黑洞，因為它們出現(xiàn)在大爆炸僅數(shù)億年后。這表明至少有一些超大質(zhì)量黑洞可能在很短的時間內(nèi)增長了非常大的質(zhì)量，根據(jù)星系形成和演化的模型很難解釋這一點(diǎn)。所有黑洞都是在吞噬氣體云并擾亂離它們太近的恒星過程中成長，但有些黑洞比其他黑洞更活躍。

因此，在銀河系附近星系中尋找質(zhì)量最小的超大質(zhì)量黑洞，可以幫助我們揭示超大質(zhì)量黑洞是如何誕生的。在研究中使用了全新的技術(shù)，比以往任何時候都更深入地放大了一個名為NGC404的小星系中心，使天文學(xué)家能夠觀察到環(huán)繞其中心的超大質(zhì)量黑洞漩渦氣體云。阿塔卡馬大毫米/亞毫米陣列望遠(yuǎn)鏡使研究人員能夠分辨出星系中心的氣體云，揭示出僅有1.5光年寬的細(xì)節(jié)。

這張星系氣體地圖也成為有史以來分辨率最高的地圖之一。能夠以如此高的分辨率觀察這個星系，使得研究小組克服了十年來相互矛盾的結(jié)果，并揭示了星系中心超大質(zhì)量黑洞的真實性質(zhì)。研究表明，有了這項新技術(shù)，可以真正開始探索黑洞等這些神秘物體的性質(zhì)和起源。如果超大質(zhì)量黑洞有一個最小質(zhì)量，目前天文學(xué)家還沒有找到它，其研究成果發(fā)表在《皇家天文學(xué)會月刊》上。

博科園｜研究/來自：卡迪夫大學(xué)

參考期刊《皇家天文學(xué)會月刊》

DOI: 10.1093/mnras/staa1567

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