【星闻星事系列05】中等质量黑洞真的存在吗?

发布者:江苏省天文学会文章来源:江苏省天文学会发布时间:2019-08-04浏览次数:15


  

目前已探测到了恒星质量黑洞和超大质量黑洞,那么介于它们之间的中等质量黑洞呢?  

 

 

[图片说明]:近年来,对中等质量黑洞的搜寻力度逐年增加。现已发现了几十个有望的候选体。这幅艺术概念图描绘了球状星团杜鹃47中心疑似存在的质量约为太阳2 200倍的中等质量黑洞,该星团距离地球约15 000光年。版权:B. Kiziltan/T. Karacan。 

  

  长期以来,黑洞一直是科幻小说的素材。这些极端致密的天体在极小的体积内包含了极其大量的物质,致使它们的引力强大到甚至连光都不能从其表面逃逸。  

  

  虽然早在约250年前,英国哲学家和牧师约翰·米歇尔(John Michelle)就做出了关于黑洞的第一个预言,但黑洞的第一个候选体天鹅X-1直到1971年才被发现。自那时起,天文学家一直在孜孜不倦地解决由它们带来的数不胜数的问题。其中最基本且持续时间最长的问题之一就是:在所有的尺度上都存在黑洞吗? 

  

  在过去的几十年里,天文学家掌握了在质量范围的两端存在黑洞的一系列证据。发现了质量只有太阳几倍到100倍的恒星质量黑洞和质量能达到太阳几百万到数十亿倍的超大质量黑洞。 

  

  大质量恒星的爆发死亡会形成恒星质量黑洞。当恒星耗尽燃料时,强大的引力会使之坍缩。如果坍缩恒星质量不太大,下落的物质会被致密的核心反弹。这会导致超新星爆发,形成中子星。但如果剩余的质量超过3个太阳质量,即使是中子简并压也无法阻止该核心继续坍缩,就会形成恒星质量黑洞。 

  

  另一方面,宇宙中还存在超大质量黑洞。它们存在于大多数大型星系的中心。虽然超大质量黑洞的质量往往是太阳的几百万到数十亿倍,但它们的大小却与一颗恒星相当。有大量的证据表明,它们普遍存在于宇宙中,但它们是如何以及何时形成的至今仍是一个谜。  

  

[图片说明]:天文学家认为大多数大型星系的中心都存在超大质量黑洞。2019年4月,事件视界望远镜捕捉到距离地球约5 400万光年的M87星系中心超大质量黑洞的图像。版权:Event Horizon Telescope collaboration。 

  

  那么介于这二者之间的黑洞呢?是否还存在中等质量黑洞呢?通常把质量为太阳约100至100万倍的黑洞称为中等质量黑洞。虽然天文学家已发现了几个极具说服力的中等质量黑洞候选体,但它们是否真的存在还没有定论。不过,有越来越多的证据正在涌现。 

  

2003年,欧洲空间局的牛顿X射线多镜面望远镜在近距星暴星系NGC1313中发现了两个强X射线源。黑洞往往会进食周围的物质并发出高能辐射,因此它们是已知最强的X射线源之一。2015年,通过研究它们的周期性光变,限定了其中一个的质量。被称为NGC1313 X-1,计算表明其质量约为太阳的5 000倍,上下误差约1 000个太阳质量。这无疑把它牢牢地定格在了中等质量黑洞的范围内。 

  

2009年,发现了中等质量黑洞存在的更有力证据。在距离地球2.9亿光年的星系ESO243-49的边缘,观测到了一个极亮X射线源,被称为HLX-1。它没有光学对应体,表明它不是恒星或背景星系。HLX-1的信号会随时间变化,表明它会因吸积气体而发生爆发,然后再慢慢消退。根据观测到的爆发,计算得到该黑洞的质量下限约为500个太阳质量,而有一些研究则认为该黑洞的质量接近20 000个太阳质量。 

  

[图片说明]:在距离地球约2.9亿光年的旋涡星系ESO243-49的边缘存在着中等质量黑洞的强有力候选体之一HLX-1。它(白色圆圈内)位于该星系边缘的一个年轻星团内。版权:NASA/ESA/S. Farrell (University of Sydney & University of Leicester)。 

  

  最近,在银河系中心附近也发现了潜藏着中等质量黑洞的强有力证据。2019年1月,利用阿塔卡玛大型毫米/亚毫米波阵发现了绕着一个不可见天体转动的气流,该天体质量约为太阳的32 000倍,被认为是中等质量黑洞。 

  

  未来,天文学家会利用各种方法来寻找中等质量黑洞。由此,不仅能证明中等质量黑洞是否真的存在,也希望能利用中等质量黑洞来帮助研究超大质量黑洞是如何随着时间生长和演化的。  

  

  

原文链接:http://www.astronomy.com/news/2019/07/what-are-intermediate-mass-black-holes 


作者:Jake Parks 

编译:张景  

校审:谢懿