天文学家首次探测到银河系以外大质量恒星的磁性

天文学家首次探测到银河系以外大质量恒星的磁性 新发现揭示了磁性对恒星演化以及中子星和黑洞形成的影响。先进的分光测向技术的使用对于克服过去的观测难题至关重要。值得注意的是，磁性被认为是大质量恒星演化过程中的一个关键组成部分，对它们的最终命运有着深远的影响。最初质量超过 8 个太阳质量的大质量恒星在演化结束时会留下中子星和黑洞。引力波天文台已经观测到这种紧凑残余系统的壮观合并事件。此外，理论研究提出了大质量恒星爆炸的磁机制，与伽马射线暴、X 射线闪光和超新星有关。这项研究的第一作者、波茨坦莱布尼兹天体物理研究所（AIP）的斯韦特拉娜-胡布里奇（Swetlana Hubrig）博士说："对具有年轻恒星群的星系中的大质量恒星的磁场进行研究，为了解磁场在早期宇宙恒星形成过程中的作用提供了重要信息。"距离地球约 20 万光年的南半球星空中，小麦哲伦云中最巨大的恒星形成区 NGC346，位于巨嘴鸟座。资料来源：NASA、ESA、安迪-詹姆斯（STScI）测量恒星磁性的挑战恒星磁场是利用光谱极化测量法测量的。为此，要记录圆偏振星光，并研究光谱线的最小变化。不过，为了达到必要的偏振测量精度，这种方法需要高质量的数据。"这种方法对光子极为渴求。这是一个特殊的挑战，因为在我们的邻近星系大麦哲伦云和小麦哲伦云中观测时，即使是最亮的大质量恒星（其质量超过 8 个太阳质量）也是相对弱光的，"来自 AIP 的 Silva Järvinen 博士解释道。由于这些条件，传统的高分辨率分光测色计和较小的望远镜都不适合进行此类研究。因此，我们使用了安装在欧洲南方天文台（ESO）甚大望远镜（VLT）四个 8 米望远镜之一上的低分辨率分光测极计 FORS2。检测领域的挑战与突破以前探测银河系外大质量恒星磁场的尝试并不成功。这些测量很复杂，取决于几个因素。使用圆偏振测量到的磁场被称为纵向磁场，它只对应于指向观察者方向的磁场分量。它类似于灯塔发出的光，当光束照向观察者时很容易看到。由于大质量恒星的磁场结构通常具有轴线倾斜于自转轴的全局偶极子特征，因此当观测者直视自转恒星的磁赤道时，纵向磁场强度在自转阶段可能为零。偏振信号的可探测性还取决于用于研究偏振的光谱特征的数量。最好能观测到更宽的光谱区域和更多的光谱特征。此外，较长的曝光时间对于记录信噪比足够高的偏振光谱至关重要。最新观察和研究结果考虑到这些重要因素，研究小组对麦哲伦云中的五颗大质量恒星进行了光谱测量观测。在位于小麦哲伦星云中最大规模恒星形成区 NGC346 核心内的两颗推测为单星的恒星（其光谱特征是我们银河系中典型的磁性大质量恒星）和一个积极相互作用的大质量双星系统（Cl*NGC346 SSN7）中，他们成功地探测到了千高斯数量级的磁场。在太阳表面，只有在小的高磁化区域太阳黑子才能探测到如此强大的磁场。据报道，麦哲伦云中的磁场探测首次表明，在具有年轻恒星群的星系中，大质量恒星的形成过程与我们的银河系类似。编译来源：ScitechDaily ... PC版： 手机版：

银河中心发现一个中等质量的黑洞

银河中心发现一个中等质量的黑洞 天文学家在银河系中心超大质量黑洞 SgrA* (Sagittarius A*) 附近发现了一个中等质量的黑洞。天文学家分析的星团 IRS 13 距离银河中心仅 0.1 光年，其中的恒星以相当有序的模式运动，而非预期的随机排列。这有两种可能性：IRS 13 与 SgrA* 之间有相互作用；IRS 13 内部有某种天体在吸引着周围的恒星。利用多个望远镜的观测表明，最有可能的原因是内部有一个中等质量的黑洞。存在中等质量黑洞的另一个迹象是 IRS 13 星团的密度高于银河系内的任何已知星团。 via Solidot

激光干涉引力波天文台（LIGO）观测到名为GW230529的神秘信号

激光干涉引力波天文台（LIGO）观测到名为GW230529的神秘信号 马克斯-普朗克引力物理研究所的研究人员通过精确的波形模型、新的数据分析方法和先进的探测器技术为这一发现做出了贡献。虽然这一特殊事件只是因为引力波而被观测到，但它增加了人们对未来用电磁波观测到更多此类事件的期待。"大约 30 年来，研究人员一直在争论最重的中子星和最轻的黑洞之间是否存在质量鸿沟。现在，科学家们首次发现了一个天体，它的质量正好落在这个被认为几乎是空的缝隙中。"位于波茨坦科学园的马克斯-普朗克引力物理研究所所长亚历山德拉-布奥纳诺（Alessandra Buonanno）说："现在是引力波研究非常激动人心的时刻，我们深入的研究领域有望重塑我们对由引力主导的天体物理现象的理论认识。"天体物理学家还利用 GW230529 检验了爱因斯坦的广义相对论。"GW230529与爱因斯坦理论的预测完全一致，"参与研究的波茨坦爱因斯坦研究所研究生Elise Sänger说。"它提供了迄今为止利用 LVK 引力波事件对其他引力理论的一些最佳约束"。为了确定相互绕行并合并产生引力波信号的天体的特性，天文学家将来自 LIGO 利文斯顿探测器的数据与两个最先进的波形模型进行了比较。"波茨坦阿尔伯特爱因斯坦研究所团队的博士后研究员埃克托尔-埃斯特莱斯-埃斯特雷拉（Héctor Estellés Estrella）说："这些模型包含了一系列相对论效应，以确保产生的信号模型尽可能真实和全面，便于与观测数据进行比较。"波茨坦阿尔伯特爱因斯坦研究所博士生洛伦佐-庞皮利（Lorenzo Pompili）补充说："除其他外，我们的波形模型可以准确描述黑洞以光速的几分之一在时空中旋转，发射出多个谐波的引力辐射。GW230529是由一个质量为太阳1.3至2.1倍的小型天体与另一个质量为太阳2.6至4.7倍的小型天体合并而成的。这些紧凑天体究竟是中子星还是黑洞，仅靠引力波分析无法确定。不过，根据双星的所有已知特性，天文学家认为较轻的天体是一颗中子星，较重的是一个黑洞。因此，较重天体的质量很有把握地位于质量间隙中，而之前人们认为这个间隙大部分是空的。以前在这个质量范围内的候选天体中，没有一个能以同样的确定性被识别出来。爱因斯坦的广义相对论预测，中子星的质量比太阳轻三倍。然而，中子星在坍缩成黑洞之前的最大质量的确切数值尚不清楚。"考虑到电磁观测和我们目前对恒星演化的掌握，预计质量在3到5个太阳质量范围内的黑洞或中子星非常少。然而，新发现的天体之一的质量恰好符合这一范围，"布奥纳诺解释说。近年来，天文学家发现了几个质量可能符合这一难以捉摸的差距的天体。就 GW190814 而言，LIGO 和 Virgo 发现了一个处于质量谱下边界的天体。然而，通过引力波信号 GW230529 探测到的紧凑型天体是第一个其质量明确属于这一差距的天体。 ... PC版： 手机版：

欧空局XMM-牛顿号天文望远镜探测到黑洞风阻碍了恒星的形成

欧空局XMM-牛顿号天文望远镜探测到黑洞风阻碍了恒星的形成 这幅艺术家的作品展示了从马卡里安 817 星系中心喷出的超高速风。这些风以每小时数百万公里的速度从广阔的太空区域中清除星际气体。没有了这些气体，星系就无法形成新的恒星，星系中心的黑洞也就没有什么可吃的了。图片来源：欧空局每个大星系的中心都有一个超大质量黑洞，它巨大的引力从周围吸入气体。当气体向内盘旋时，会在黑洞周围形成一个扁平的"吸积盘"，并在那里发热和发光。随着时间的推移，最靠近黑洞的气体越过了不归点，被吞噬殆尽。然而，黑洞只会吞噬一部分向其旋转的气体。在环绕黑洞的过程中，一些物质会被甩回太空，就像一个蹒跚学步的孩子会把盘子里的东西打翻一样。在更戏剧性的情况下，黑洞会把整个餐桌掀翻：吸积盘中的气体以极快的速度向四面八方飞散，以至于周围的星际气体都被清空了。这不仅剥夺了黑洞的食物，还意味着在大片区域内无法形成新的恒星，从而改变了星系的结构。耀眼的蓝色恒星环绕着这个螺旋星系明亮、活跃的核心。它被称为马卡里安 817，位于 4.3 亿光年外的天龙座北部。在远离中心的地方，这个星系显示出强烈的恒星形成区，以及沿着旋臂的星际尘埃暗带。银河系中心的怪兽黑洞的质量是太阳的 4000 万倍。它被一个巨大的物质圆盘包围着，超大质量黑洞正以每小时数百万公里的速度向太空喷射物质。这可以从银河系中心闪耀的明亮白光中看到。这张 NASA/ESA 哈勃太空望远镜图片是 2009 年 8 月 2 日用广角相机 3 拍摄的。图片来源：NASA、ESA 和哈勃 SM4 ERO 小组前所未有的观察在此之前，这种超快的"黑洞风"只在极其明亮的吸积盘中被探测到，因为吸积盘吸积物质的能力已经达到极限。这一次，XMM-牛顿在一个非常普通的星系中探测到了超快的风，可以说它"只是在吃零食"。"如果把风扇开到最大，你可能会预料到风速会非常快。在我们研究的这个名为马尔卡里安817的星系中，风扇的功率设置较低，但仍然产生了能量惊人的风。"本科生研究员米兰达-扎克（密歇根大学）指出，她在这项研究中发挥了核心作用。"观测到超高速风是非常罕见的，而探测到具有足够能量来改变其宿主星系特征的风就更少见了。马尔卡里安817在并不特别活跃的情况下，产生这些风的时间长达一年左右，这一事实表明，黑洞对其宿主星系的重塑可能远远超出人们的想象，"合著者、意大利罗马特雷大学天文学家埃利亚斯-卡蒙（Elias Kammoun）补充说。XMM-牛顿（X-射线多镜任务）太空望远镜的艺术效果图。图片来源：D. Ducros; ESA/XMM-Newton, CC BY-SA 3.0 IGO被风阻挡的 X 射线活跃的星系中心会发出包括 X 射线在内的高能量光线。马卡里安 817 让研究人员眼前一亮，因为它变得异常安静。米兰达利用美国宇航局的斯威夫特天文台观测了这个星系："X射线信号如此微弱，以至于我确信自己做错了什么！"利用欧空局更灵敏的X射线望远镜XMM-牛顿进行的后续观测揭示了真实情况：来自吸积盘的超高速风就像一块裹尸布，挡住了从黑洞周围（称为日冕）发出的X射线。这些测量结果得到了美国宇航局NuSTAR望远镜观测结果的支持。对 X 射线测量结果的详细分析显示，马尔卡里安 817 的中心并没有发出一"股"气体，而是在吸积盘的广大区域内产生了一股狂风。这股风暴持续了数百天，至少由三种不同的成分组成，每种成分的运动速度都是光速的几分之一。这幅艺术家的作品展示了从马卡里安 817 星系中心喷出的超高速风。这些风以每小时数百万公里的速度从广阔的太空区域中清除星际气体。没有了这些气体，星系就无法形成新的恒星，星系中心的黑洞也就没有什么可吃的了。插图显示了银河系中心的情况。一个超大质量黑洞从周围吸入气体，形成一个炙热、明亮的"吸积盘"（橙色）。造成风（白色）的原因是圆盘内的磁场，它以难以置信的高速将粒子抛向四面八方。这些风有效地阻挡了黑洞周围极热等离子体（称为日冕）发出的 X 射线（蓝色）。这解决了我们在理解黑洞和黑洞周围星系如何相互影响方面的一个未解之谜。包括银河系在内的许多星系，其中心周围似乎都有大片区域，但在这些区域中却很少有新恒星形成。这可以用黑洞风清除恒星形成气体来解释，但这只有在黑洞风的速度足够快、持续时间足够长，并且是由具有典型活动水平的黑洞产生的情况下才可行。"黑洞研究中的许多悬而未决的问题都需要通过长时间的观测来捕捉重要事件。这凸显了XMM-牛顿任务对未来的极端重要性。"欧空局XMM-牛顿项目科学家诺伯特-沙特尔（Norbert Schartel）说："没有其他任务能够将高灵敏度和长时间、不间断观测的能力结合起来。"编译来源：ScitechDaily ... PC版： 手机版：

韦伯望远镜探测到迄今发现最远的活跃超大质量黑洞

韦伯望远镜探测到迄今发现最远的活跃超大质量黑洞 科学家们利用韦伯望远镜对GN-z11进行研究，还发现了一些诱人的证据，证明在这个偏远星系的外围存在着群体III恒星。这些难以捉摸的恒星是宇宙中第一批发光的恒星，纯粹由氢和氦组成。虽然从未对这类恒星进行过明确的探测，但科学家们知道它们一定存在。现在，有了韦伯望远镜，发现它们似乎比以往任何时候都更接近了。这幅由韦伯的近红外相机（NIRCam）仪器拍摄的图像显示了 GOODS-North 星系场的一部分。右下方的拉线突出显示了GN-z11星系，它出现的时间距离宇宙大爆炸刚刚过去4.3亿年。图像显示了一个延伸部分，追踪着 GN-z11 宿主星系，以及一个中心源，其颜色与黑洞周围吸积盘的颜色一致。资料来源：NASA、ESA、CSA、STScI、Brant Robertson（加州大学圣克鲁兹分校）、Ben Johnson（剑桥大学天文学院）、Sandro Tacchella（剑桥大学）、Marcia Rieke（亚利桑那大学）、Daniel Eisenstein（剑桥大学天文学院）美国国家航空航天局（NASA）詹姆斯-韦伯太空望远镜（James Webb Space Telescope）的两个研究小组深入时空，研究了异常明亮的星系 GN-z11。这个星系最初是由美国国家航空航天局的哈勃太空望远镜探测到的，它是迄今为止观测到的最年轻、最遥远的星系之一，它是如此明亮，以至于科学家们都很难理解其中的原因。现在，GN-z11 透露了它的一些秘密。一个利用韦伯望远镜研究 GN-z11 的小组发现了第一个明确的证据，证明该星系的中央有一个超大质量黑洞，正在快速吸积物质。他们的发现使这个星系成为迄今为止发现的最远的活跃超大质量黑洞。英国剑桥大学卡文迪什实验室和卡弗里宇宙学研究所的首席研究员罗伯托-马约利诺解释说："我们发现了超大质量黑洞附近常见的极致密气体。这些是GN-z11所在的黑洞正在吞噬物质的第一个明确信号。"利用韦伯望远镜，研究小组还发现了通常在吸积型超大质量黑洞附近观测到的电离化学元素的迹象。此外，他们还发现该星系正在释放出一股非常强大的风。这种高速风通常是由与剧烈吸积的超大质量黑洞相关的过程驱动的。同样来自卡文迪什实验室和卡弗里研究所的研究人员汉娜-于布勒（Hannah Übler）说："韦伯的近红外相机（NIRCam）发现了一个延伸部分，它追踪着宿主星系，以及一个中央紧凑源，其颜色与黑洞周围吸积盘的颜色一致。"这些证据共同表明，GN-z11 内有一个 200 万太阳质量的超大质量黑洞，它正处于吞噬物质的非常活跃阶段，这也是它如此明亮的原因。第二个小组也是由马约利诺领导的，他们利用韦伯望远镜的近红外摄谱仪（NIRSpec），在围绕着GN-z11的光环中发现了一个气态氦团。马约利诺说："除了氦之外，我们看不到其他任何东西，这表明这个团块一定是相当原始的。这是理论和模拟在这些时代特别大质量星系附近所预料到的在光晕中应该有原始气体的小块存留，这些气体可能会坍缩并形成群体III星团。"寻找前所未见的第三族群恒星几乎完全由氢和氦形成的第一代恒星是现代天体物理学最重要的目标之一。这些恒星预计质量很大、光度很强、温度很高。它们的预期特征是存在电离氦，而不存在比氦重的化学元素。第一批恒星和星系的形成标志着宇宙历史的根本性转变，在此期间，宇宙从黑暗和相对简单的状态演变成我们今天看到的高度结构化和复杂的环境。在未来的韦伯观测中，Maiolino、Übler 和他们的团队将对 GN-z11 进行更深入的探索，并希望加强对可能正在其光环中形成的 Population III 恒星的研究。《天文学与天体物理学》（Astronomy & Astrophysics）已接受发表关于GN-z11光环中原始气体团块的研究成果。对GN-z11黑洞的研究结果于2024年1月17日发表在《自然》杂志上。这些数据是作为JWST高级深河外星系巡天（JADES）的一部分获得的，JADES是NIRCam和NIRSpec团队的一个联合项目。詹姆斯-韦伯太空望远镜是世界上最重要的太空科学观测站。韦伯正在揭开太阳系的神秘面纱，眺望其他恒星周围的遥远世界，探索宇宙的神秘结构和起源以及我们在宇宙中的位置。韦伯望远镜是一项国际计划，由美国国家航空航天局（NASA）领导，其合作伙伴包括欧洲航天局（ESA）和加拿大航天局（Canadian Space Agency）。编译自:ScitechDaily ... PC版： 手机版：

钱德拉X射线天文台与VLA揭示银河黑洞快速旋转扭曲时空的现象

钱德拉X射线天文台与VLA揭示银河黑洞快速旋转扭曲时空的现象 这幅艺术家绘制的插图显示了银河系中心超大质量黑洞和周围物质的横截面。中心的黑色球体代表黑洞的事件穹界，也就是不归点，任何东西，甚至光，都无法从这里逃逸。从侧面看旋转的黑洞，如图所示，周围的时空形状就像一个美式足球。两侧的黄橙色物质代表围绕黑洞旋转的气体。这些物质不可避免地向黑洞坠落，一旦落入足球形状的内部，就会穿过事件穹界。因此，足球形状内、事件视界外的区域被描绘成一个空腔。蓝色圆球表示从旋转黑洞两极射出的喷流。图片来源：NASA/CXC/M.Weiss这幅艺术家绘制的插图描绘了一项关于银河系中心的超大质量黑洞人马座 A*（简称 Sgr A*）的最新研究结果。这项研究结果发现，Sgr A* 的旋转速度非常快，以至于它正在扭曲时空也就是时间和空间的三个维度使它看起来更像一个足球。这些结果是由美国国家航空航天局的钱德拉X射线天文台和美国国家科学基金会的卡尔-G-扬斯基甚大阵列（VLA）共同完成的。研究小组采用了一种新方法，利用X 射线和无线电数据，根据物质流向和流出黑洞的方式来确定 Sgr A* 的旋转速度。他们发现Sgr A*的旋转角速度约为最大可能值的60%，角动量约为最大可能值的90%。黑洞有两个基本特性：质量（重量）和自旋（旋转速度）。确定这两个值中的任何一个，都能让科学家们对任何黑洞及其行为方式了如指掌。过去，天文学家曾使用不同的技术对Sgr A*的旋转速度进行过几次估算，结果从Sgr A*完全不旋转到几乎以最大速度旋转不等。新的研究表明，Sgr A*实际上正在快速旋转，这导致它周围的时空被挤压。图中显示的是 Sgr A* 的横截面以及围绕它旋转的物质盘。中心的黑色球体代表了所谓的黑洞事件视界，也就是不归点，任何东西，甚至光都无法从这里逃逸。如图所示，从侧面观察旋转的黑洞，周围的时空形状就像一个足球。旋转速度越快，足球就越扁平。两侧的黄橙色物质代表围绕 Sgr A* 旋转的气体。这些物质不可避免地会坠向黑洞，一旦落入足球形状内部，就会穿过事件视界。因此，足球形状内、事件视界外的区域被描绘成一个空腔。蓝色圆球表示从旋转黑洞两极喷射而出的喷流。从顶部沿着喷流的枪管俯视黑洞，时空是一个圆形。人马座 A* 及其周围区域的钱德拉 X 射线图像。资料来源：NASA/CXC/威斯康星大学/Y.Bai, et al.黑洞的自旋可以作为一种重要的能量来源。旋转的超大质量黑洞在提取自旋能量时会产生诸如喷流之类的准直外流，这就要求黑洞附近至少有一些物质。由于 Sgr A* 周围的燃料有限，这个黑洞近千年来一直相对安静，喷流也相对较弱。然而，这项研究表明，如果Sgr A*附近的物质数量增加，这种情况可能会改变。为了确定Sgr A*的自旋，作者使用了一种被称为"外流法"的基于经验的技术，该技术详细说明了黑洞的自旋与其质量、黑洞附近物质的特性以及外流特性之间的关系。准直外流产生无线电波，而黑洞周围的气体盘则产生 X 射线辐射。利用这种方法，研究人员将钱德拉和 VLA 的数据与其他望远镜对黑洞质量的独立估计结合起来，对黑洞的自旋进行了约束。描述这些结果的论文由 Ruth Daly（宾夕法尼亚州立大学）领导，发表在 2024 年 1 月出版的《英国皇家天文学会月刊》上。编译来源：ScitechDaily ... PC版： 手机版：