神秘的中型黑洞可能潛伏在小星系中心

一項新的研究發現，小星繫心臟可能隱藏著神秘的黑洞，這種黑洞長期以來被證明是難以捉摸的：在幾個太陽的質量和數百萬個太陽的質量之間，中等大小黑洞。在過去的幾十年里，天文學家已經發現了兩種黑洞的許多例子：恆星質量的黑洞和超大質量黑洞。恆星質量黑洞的質量是太陽質量的幾倍，當巨星隕落時，黑洞就會出現，而超大質量黑洞的質量是太陽質量的幾百萬倍，即使不是全部，也是大多數星系的心臟。

這張圖片來自美國宇航局錢德拉x射線天文台、哈勃太空望遠鏡和斯皮策太空望遠鏡。中等質量的黑洞M82 X-1是inset中最亮的物體。圖片：NASA/H. Feng et al.

關於超大質量黑洞的起源還有很多未知之處，它們似乎生長得非常快，在宇宙歷史的早期就出現了，但是研究人員並不知道確切的形成方式。一種理論涉及到中等質量的黑洞——質量在100到100萬太陽質量之間的黑洞——之前的研究表明，這些黑洞可能是恆星質量和超大質量黑洞之間的中間階段。然而，這些缺失聯繫的證據仍然很少。現在，研究人員說他們可能已經在星系的心臟中發現了10個中等質量的黑洞，其中5個是以前不知道的。科學家說，這些新發現表明，中等質量的黑洞可能潛伏在許多小星系的中心。

研究報告的主要作者、馬薩諸塞州劍橋市史密森天體物理天文台和俄羅斯莫斯科國立大學的天文學家Igor Chilingarian說：中等質量的黑洞在當地的宇宙中無處不在。任何種類的黑洞都是具有挑戰性的，因為正如它們的名字所暗示的那樣，它們是黑色的，使得它們很難在黑暗的空間中看到。一種間接探測黑洞的方法是尋找異常明亮的星系核。先前的研究表明，這些所謂的「活動星系核」很可能是黑洞，它們釋放出大量的能量，就像巨大的氣體雲「增生」或落入黑洞一樣。為了尋找中等質量的黑洞，這項新研究的研究人員首先分析了斯隆數字天空調查中大約100萬個星系的數據，尋找典型的從黑洞中看到的光線。

黑洞是很奇怪的區域，重力足夠強，可以彎曲光線，扭曲空間，扭曲時間。圖片：Karl Tate, SPACE.com contributor

他們在星系核中探測到305個潛在的中等質量黑洞後，他們在錢德拉、xmm -牛頓和快速軌道x射線天文台的數據中搜尋了x射線的數據，這將有力地證明了這些候選者實際上是中等質量的黑洞。哈佛大學天文學講座教授Avi Loeb說：這些都是星系中心非常微弱的x射線源。因為它們很微弱，所以不能在很遠的地方看到它們，所以研究人員不得不觀察附近的宇宙。看到這些來源非常具有挑戰性，因為星系中心也有恆星，研究人員需要將這些來源與周圍的恆星區分開來。這就是為什麼以前沒有見過這些來源的原因。勒布沒有參與這項新研究。

研究人員發現了10個活躍的星系核，是中等質量的黑洞，質量從大約36000到316000倍太陽質量。這些是我們所知道的星系中心的質量最低的黑洞。在附近的矮星系中心發現這些中等質量的黑洞事實上，在星系中心，有100萬太陽質量的黑洞。研究人員發現，中等質量的黑洞質量越大，恆星的中心凸起通常就位於承載它們的星系中。類似的關係也存在於超大質量黑洞中。這表明構建黑洞的過程同樣也會構建星系，它從較小的星系開始，在更大的星系中可見。

Loeb希望在許多小星系的中心看到中等質量的黑洞。「如果你回到早期的宇宙，這些是最常見的星系。「星系形成是一個分層的過程;星系從很小的地方開始，通過合併和吸收更多物質而在質量上增長。未來的研究可以探索超大質量黑洞是如何產生的。有一種可能性是，中等質量黑洞從恆星質量黑洞中產生，在早期宇宙中迅速吞噬周圍的氣體，而中等質量黑洞的合併有助於產生超大質量黑洞，引力波天文台將來可以探測到這種合併。然而對於科學家需要探索的中等質量和超大質量黑洞，還有其他可能的起源。例如，中等質量的黑洞可能起源於極其密集的星團中恆星的碰撞。此外在早期的宇宙中，有10萬到100萬太陽質量的黑洞可能是由坍塌的巨大氣體雲形成的。

越能了解中等質量和超大質量黑洞的起源，就越能了解星系和宇宙的演化。Chilingarian和他的同事正在利用智利的一個麥哲倫望遠鏡來提高他們對黑洞質量的估計，他們希望通過錢德拉x射線天文台來檢查13個有希望的中型黑洞候選體。Chilingarian還指出，如果「eROSITA x射線太空望遠鏡」按計劃於2019年發射，確認的中等質量黑洞的數量將會以數量級增長。Chilingarian和他的同事們在提交給《天體物理學》期刊的一項研究中詳細闡述了他們的發現。

博科園-科學科普｜來自：Charles Q. Choi/Space

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