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超大质量黑洞的成因出现新突破:克服了十年来相互矛盾的结果

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 Connor Feng • 2020-07-15 17:14:33 来源:前瞻网 E2296G0

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来源:Cardiff University

由卡迪夫大学科学家领导的一个研究小组表示,他们距离了解超大质量黑洞(SMBH)的诞生原理更近了一步,能够获得这个进展,得多亏了一项新技术,这项技术使他们能够前所未有地放大黑洞的细节。

科学家们不确定,SMBHs究竟是在宇宙大爆炸后不久的“直接坍塌(direct collapse)”极端条件下形成,还是在大质量恒星死亡后由“种子”黑洞形成的。

如果是前一种方法的话,超大质量黑洞在诞生的时候质量就已经非常大,其质量将会是太阳质量的数十万到数百万倍,并且有一个固定的最小尺寸。

如果是后一种方法的话,那么超大质量黑洞一开始会相对较小,大约是太阳质量的100倍,随着时间的推移,它们会开始靠吸收周围的恒星和气体云而变得更大。

天文学家们一直在努力寻找最低质量的超大质量黑洞,因为这是破解这个问题所需的缺失环节。

而在今天发表的一项研究中,由卡迪夫大学领导的研究小组获得了新的突破,科学家们在附近星系中心观测到了其中一个质量最低的超大质量黑洞,其质量不到太阳的100万倍。

这个大质量黑洞生活在一个被称为“米拉奇幽灵”的星系中,因为这个星系离一颗非常明亮的恒星很近,导致它有一个幽灵般的阴影。

智利安第斯山脉Chajnantor高原上最先进的望远镜叫做阿塔卡马大毫米/亚毫米阵列(ALMA),用于研究宇宙中一些最冷的天体所发出的光,这些发现就是使用ALMA的一项新技术得出的。

卡迪夫大学物理与天文学院的蒂姆·戴维斯(Tim Davis)博士说:“米拉奇幽灵中的特大质量黑洞的质量似乎在‘直接坍塌’模型预测的范围内。”

“我们知道它目前还是活跃的,而且正在吞噬气体,所以一些只能产生非常大质量的黑洞的SMBHs极端‘直接坍塌’模型是不正确的。

“这本身并不足以明确区分‘种子’黑洞和‘直接坍塌’理论——我们需要了解相关的统计数据——但这已经是朝着正确方向迈出的一大步。”

黑洞是在重力作用下坍缩的天体,留下微小但密度极高的空间区域,任何东西都无法逃离黑洞,甚至光也不能。

超大质量黑洞是最大的一种黑洞,其质量可能是太阳质量的数十万倍,甚至数十亿倍。人们相信,几乎所有的大型星系,比如我们的银河系,在其中心都有一个超大质量黑洞。

Davis博士的团队成员、来自阿马天文台和天文馆的马克·萨兹(Marc Sarzi)博士说:“科学家们在非常遥远的星系中也发现了特大质量黑洞,它们在宇宙大爆炸数亿年后才出现。这表明,至少一些超大质量黑洞可能在很短的时间内变得非常大,根据星系形成和演化的模型,这是很难解释的。所有的黑洞都是在吞食气体云的过程中成长起来的,它们会破坏那些离它们太近的恒星,但有些黑洞要比其他黑洞活跃得多。因此,在邻近星系中寻找最小的超大质量黑洞,可以帮助我们揭示超大质量黑洞的起源。”

在他们的研究中,这个国际团队使用了全新的技术,比以往任何时候都更深入地观察附近一个名为NGC404的小星系的中心,这使他们能够观察到围绕着超大质量黑洞中心的旋转气体云。

ALMA望远镜使研究小组能够解析星系中心的气体云,揭示了这些气体云的细节,这是迄今为止科学家们为其他星系绘制的最高分辨率的气体云地图之一。

能够以如此高的分辨率观测这个星系,使得该团队克服了十年来相互矛盾的结果,并揭示了星系中心的超大质量黑洞的真实性质。

Davis博士继续说:“我们的研究表明,有了这项新技术,我们可以真正开始探索这些超大质量黑洞的性质和起源,如果超大质量黑洞有一个最小质量的话,那么我们还没有发现它。”

【翻译/前瞻经济学人APP资讯组】

参考资料:https://phys.org/news/2020-07-breakthrough-deciphering-birth-supermassive-black.html

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