天文学家在遥远的球状星团中探测到中等质量黑洞的最有力证据

天文学家在遥远的球状星团中探测到中等质量黑洞的最有力证据 一个国际天文学家小组研究了用哈勃太空望远镜拍摄的 500 多张半人马座欧米茄球状星团的图像，这项工作原本是为了校准哈勃的仪器。然而，他们在这个距离地球 17000 光年的星团中的数百万颗恒星中发现了一些意想不到的东西。德国马克斯-普朗克天文学研究所研究员、《自然》杂志发表的一项新研究的负责人马克西米利安-哈伯勒解释说，他的团队发现了七颗"不应该存在"的恒星。这些恒星的运动速度非常快，它们应该可以摆脱星团的引力影响。哈伯勒说："最有可能的解释是，一个非常巨大的天体正在对这些恒星产生引力，使它们紧贴着中心。"唯一足以产生这种引力的现象是黑洞，其质量估计至少是太阳的 8200 倍。这个仍然未知的天体很可能是一个中等质量黑洞（IMBH），这种类型的黑洞被认为是黑洞演化研究中的"缺失环节"。IMBH是一种非常难以捉摸的空间现象，它介于人马座A*这样的超大质量黑洞和重量不足100个太阳质量的"轻量级"黑洞之间。之前的研究已经表明，半人马座欧米茄星团可能存在一个IMBH，但由海伯勒领导的新研究提供了最直接的证据，证明有一个中等质量的黑洞在影响着星团中的一些恒星。迄今为止，我们在宇宙中发现的 IMBH 候选者寥寥无几，这意味着半人马座欧米茄的黑洞可能是我们"宇宙邻域"中 IMBH 的最佳范例。现在还需要进一步的研究来确认这个黑洞是否真的存在，确定它的确切质量，并找出其他与众不同的特征。此外，半人马座欧米茄星的超大质量黑洞（430 万太阳质量）比位于银河系中心 26000 光年之外的人马座 A* 更接近地球。这也是除了上述人马座A*之外，已知的唯一一个黑洞通过引力影响恒星群的案例。 ... PC版： 手机版：

距离地球仅2000光年的破纪录黑洞是如何被发现的？

距离地球仅2000光年的破纪录黑洞是如何被发现的？ 天文学家发现了银河系中质量最大的恒星黑洞，这要归功于它在一颗伴星上引起的摆动运动。这幅艺术家印象图显示了这颗恒星和被称为盖亚 BH3 的黑洞围绕它们共同的质量中心运行的轨道。图片来源：ESO/L.卡尔卡达欧洲南方天文台的甚大望远镜（ESO's VLT）和其他地面天文台的数据被用来验证这个黑洞的质量，它的质量是太阳的 33 倍，令人印象深刻。恒星黑洞是由大质量恒星坍缩形成的，之前在银河系中发现的恒星黑洞的质量平均约为太阳的 10 倍。即使是银河系中已知的第二大质量恒星黑洞天鹅座 X-1，其质量也只有 21 个太阳质量，因此这次新观测到的 33 个太阳质量的恒星黑洞是非常罕见的[1]。值得注意的是，这个黑洞离我们还非常近它距离我们只有2000光年，位于天鹰座，是已知距离地球第二近的黑洞。这个黑洞被命名为盖亚 BH3 或简称 BH3，是研究小组在审查盖亚观测数据，为即将发布的数据做准备时发现的。盖亚合作小组成员、法国巴黎PSL天文台国家科学研究中心（CNRS）的天文学家帕斯夸莱-帕努佐（Pasquale Panuzzo）说："没有人想到会发现一个潜伏在附近、至今未被发现的高质黑洞。这种发现在你的研究生涯中只有一次"。这幅艺术家的印象图将银河系中的三个恒星黑洞并排进行了比较：盖亚BH1、天鹅座X-1和盖亚BH3的质量分别是太阳的10倍、21倍和33倍。盖亚BH3是迄今为止在银河系中发现的质量最大的恒星黑洞。黑洞的半径与其质量成正比，但请注意，黑洞本身并没有被直接成像。图片来源：ESO/M.Kornmesser这些观测数据揭示了伴星的关键特性，再加上盖亚的数据，天文学家得以精确测量出BH3的质量。[2]这段视频放大了 BH3，它是迄今为止在银河系中发现的质量最大的恒星黑洞。该黑洞的发现得益于它在一颗伴星上引起的摆动，在这里可以看到，在变焦结束时，它是画面中心的一个亮点。视频末尾的插图是艺术家绘制的 BH3（红色）及其伴星（蓝色）围绕共同质心的轨道动画。资料来源：ESO/L.Calçada, N. Risinger (), DSS.音乐：Martin Stuertzer马丁-斯图尔泽天文学家已经在银河系外发现了类似的大质量黑洞（使用的是另一种探测方法），并推测它们可能是由化学成分中氢和氦以外的重元素极少的恒星坍缩形成的。这些所谓的贫金属恒星被认为在其生命周期中损失的质量较少，因此有更多的剩余物质在其死亡后产生高质黑洞。但直到现在，还没有证据表明贫金属恒星与高质黑洞有直接联系。这幅图像显示的是盖亚 BH3 周围区域的广域视图，盖亚 BH3 是银河系中质量最大的恒星黑洞。这里看不到黑洞本身，但可以看到围绕它运行的恒星就在这张照片的中心位置，这张照片是由数字化巡天 2 拍摄的。图片来源：ESO/数字化巡天 2。鸣谢：D：D. De Martin成对的恒星往往具有相似的成分，这意味着BH3的伴星拥有关于坍缩形成这个特殊黑洞的恒星的重要线索。紫外可见光谱仪的数据显示，伴星是一颗非常贫金属的恒星，这表明坍缩形成 BH3 的恒星也是贫金属的正如预测的那样。这个艺术家用太空引擎制作的动画展示了银河系中一些恒星黑洞的位置和距离（单位：光年[ly]）：盖亚 BH3，一个目前发现的质量最大的恒星黑洞；天鹅座 X-1，质量次之的恒星黑洞；盖亚 BH1，距离地球最近的黑洞。在我们银河系的中心，潜藏着一个超大质量黑洞人马座 A*。请注意，由于投影效应，盖亚BH3看起来比盖亚BH1离太阳更近，但实际上前者离太阳更远。这是迄今为止发现的距离地球第二近的黑洞。图片来源：ESO/L.Calçada/Space Engine ()帕努佐领导的这项研究成果今天发表在《天文学与天体物理学》（Astronomy & Astrophysics）杂志上。论文合著者、盖亚合作小组成员、法国国家科学研究中心（CNRS）巴黎天文台科学家伊丽莎白-卡福（Elisabetta Caffau）说："由于这一发现的独特性，我们采取了一个特殊的步骤，在即将发布盖亚数据之前根据初步数据发表了这篇论文。尽早提供数据将使其他天文学家能够立即开始研究这个黑洞，而不必等到最早计划于2025年底发布的完整数据。"对这个系统的进一步观测可以揭示更多关于它的历史和黑洞本身的信息。例如，欧洲南方天文台 VLT 干涉仪上的 GRAVITY 仪器可以帮助天文学家发现这个黑洞是否从周围环境中吸入了物质，从而更好地了解这个令人兴奋的天体。说明这并不是银河系中质量最大的黑洞这个称号属于银河系中心的超大质量黑洞人马座A*，它的质量大约是太阳的400万倍。但盖亚 BH3 是银河系中已知质量最大的黑洞，它是由恒星坍缩形成的。除了欧洲南方天文台 VLT 上的 UVES 外，这项研究还依靠了以下设备提供的数据：由比利时鲁汶大学与瑞士日内瓦大学天文台合作在西班牙拉帕尔马运行的墨卡托望远镜上的 HERMES 摄谱仪；以及上普罗旺斯天文台OSU 毕达研究所的 SOPHIE 高精度摄谱仪。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

哈勃最新观测结果揭示银河碰撞是如何引发恒星形成的

哈勃最新观测结果揭示银河碰撞是如何引发恒星形成的 从这张哈勃太空望远镜拍摄的图片中可以看到，AM 1054-325 星系在邻近星系的引力作用下，从正常的薄饼状螺旋形状扭曲成了 S 形。这样做的一个后果是，新生的恒星群沿着一条拉长的潮汐尾迹形成，长达数千光年，就像一串珍珠。宾夕法尼亚州立大学的一位天文学家领导的一项新研究锁定了其中的 12 条潮汐尾迹，发现了 425 个星团，每个星团都有多达一百万颗新生恒星。图片来源：NASA、ESA、STScI、Jayanne English（马尼托巴大学）在一项新的研究中，宾夕法尼亚州立大学研究人员领导的研究小组利用美国国家航空航天局的哈勃太空望远镜对12个星系进行了观测，这些星系拥有长长的、像蝌蚪一样的潮汐尾迹，尾部的气体、尘埃和恒星都是在这种碰撞中产生的。研究小组在这些潮汐尾迹发现了 425 个新生恒星星团，每个星团包含多达 100 万颗新生恒星。宾夕法尼亚州立大学天文学和天体物理学教授、研究小组成员简-查尔顿（Jane Charlton）说："星系合并时，气体云会发生碰撞和坍缩，从而形成一个高压环境，恒星就可能在这个环境中形成。这些合并的内部已经得到了很好的研究，但对于这些合并产生的碎片（如潮汐尾迹）中可能形成恒星的情况却知之甚少"。当星系相互作用时，引力潮汐力会拉出长长的气体和尘埃流，相互作用的星系之间的引力拉锯战把星系的旋臂拉得像太妃糖的形状一样，沿旋臂尾部的星团看起来就像一串珍珠。天线星系和老鼠星系就是两个具有这种潮汐尾迹的著名星系，它们都有狭长的手指状突起。在新的研究中，研究小组综合利用了新的观测数据和哈勃的档案数据，确定了 12 个潮汐尾迹内星团的年龄和质量。然后，他们利用绕地球运行的两台紫外线太空望远镜的数据确定了恒星形成的速度，其中一台搭载在现已退役的银河进化探测器（Galex）上，另一台搭载在尼尔-盖尔瑞斯-斯威夫特天文台（Neil Gehrels Swift Observatory）上，该天文台的任务运行中心位于宾夕法尼亚州立大学。研究小组发现，许多潮汐尾迹星团都非常年轻只有1000万年的历史。此外，这些星团似乎是以相同的速度沿着绵延数千光年的整个尾部形成的。他们在《皇家天文学会月刊》（Monthly Notices of the Royal Astronomical Society）上发表了他们的研究成果。"在尾部看到大量年轻天体令人惊讶。这告诉了我们很多关于星团形成效率的信息，"第一作者、弗吉尼亚州阿什兰市伦道夫-麦肯学院讲师兼基布尔天文台主任迈克尔-罗德鲁克说，他在研究时还是宾夕法尼亚州立大学的一名研究生。"有了潮汐尾尾迹，就会有条件建立起新一代恒星，否则这些恒星可能不会存在"。在合并之前，这些星系中含有大量的分子氢尘埃云，它们可能一直处于惰性状态。在碰撞过程中，这些云相互挤压和碰撞，氢被压缩到一定程度，从而引发了一场恒星诞生的风暴。据研究人员称，这些被挤出的星团的命运还不确定。它们可能在引力作用下保持完整，进化成球状星团，比如那些在银河系平面外运行的星团。或者，它们可能会分散开来，在螺旋星系周围形成一个恒星光环，或者被抛离出去，成为银河系间游荡的恒星。查尔顿说："我们认为，潮汐的星团可能在宇宙早期更为常见，当时宇宙较小，星系碰撞更为频繁。"编译来源：ScitechDaily ... PC版： 手机版：

韦伯发现带有大质量黑洞的早期星系 曾被认为是不可能存在的

韦伯发现带有大质量黑洞的早期星系 曾被认为是不可能存在的 恒星形成率和黑洞增长随着红移的减小而发生的转变，从正反馈占主导地位的时期到后期反馈基本为负的时期这架望远镜的红外探测"眼睛"发现了一系列红色小点，它们被确认为宇宙中最早形成的星系。这一惊人的发现不仅仅是一个视觉奇迹，它还是一条线索，可以揭开星系及其神秘黑洞如何开始宇宙之旅的秘密。"詹姆斯-韦伯的惊人发现是，宇宙中不仅有这些非常紧凑的红外明亮天体，而且它们很可能是已经存在巨大黑洞的区域，"JILA 研究员、科罗拉多大学博尔德分校天体物理学教授米奇-贝格尔曼解释说。"这被认为是不可能的"。贝格尔曼和包括约翰-霍普金斯大学天文学教授乔-希尔克在内的其他天文学家组成的研究小组在《天体物理学杂志通讯》上发表了他们的发现，认为需要新的星系生成理论来解释这些巨大黑洞的存在。这项可能具有开创性的研究的第一作者西尔克阐述说："需要一些新的东西来协调星系形成理论与新数据之间的关系。"星系形成的传统故事天文学家以前在思考星系是如何形成的时候，曾假定星系是一种有序的演化过程。传统理论认为，星系是在数十亿年的时间里逐渐形成的。在这种缓慢的宇宙演化过程中，恒星被认为首先出现，照亮了原始的黑暗。贝格尔曼补充说："我们的想法是，从早期的恒星到星系真正成为以恒星为主的星系。然后，在这个过程的末期开始形成这些黑洞。"这些神秘而强大的超大质量黑洞被认为出现在第一批恒星之后，静静地生长在银河系的核心。它们被视为调节器，偶尔会突然爆发，以抑制新恒星的形成，从而维持银河系的平衡。挑战传统智慧得益于 JWST 对"小红点"的观测，研究人员发现宇宙中最早的星系比预期的要明亮，因为许多星系显示恒星与被称为类星体的中心黑洞共存。"类星体是宇宙中最亮的天体，"西尔克解释说。"它们是气体吸积到星系核中的大质量黑洞上的产物，产生巨大的光度，比它们的宿主星系还要耀眼。它们就像布谷鸟巢中的怪兽。"看到恒星与黑洞共存，研究人员很快意识到，传统的星系形成理论肯定有缺陷。贝格尔曼说："[这些新数据]看起来[过程]是相反的，这些黑洞与第一批恒星一起形成，然后星系的其他部分随之形成。"我们的意思是说，黑洞的生长一开始会促进恒星的生长。只有到了后来，当条件发生变化时，它才会转变为关闭恒星的模式。"从这一拟议的新过程中，研究人员发现恒星形成和黑洞形成之间的关系似乎比预期的更密切，因为两者最初都通过一种被称为正反馈的过程放大了对方的增长。希尔克说："恒星的形成加速了大质量黑洞的形成，反之亦然，暴力、诞生和死亡之间的相互作用密不可分，这是星系形成的新航标。"然后，经过将近 10 亿年的时间，孕育巨星的星系变得具有压制性，耗尽了星系中的气体库，熄灭了恒星的形成。这种"负反馈"是由于能量守恒的外流强大的风把气体赶出了星系，使它们失去了创造新恒星所需的物质。新银河系时间轴有了黑洞哺育行为的启示，研究人员为早期星系形成过程中从正反馈到负反馈的转变提出了一个新的时间表。通过观察这些"小红点"发出的不同光谱和化学特征，研究人员认为这种转变发生在大约130亿年前，即宇宙大爆炸后10亿年，天文学家将这一时期归类为"z ≈6"。确定这一过渡纪元有助于天文学家瞄准宇宙历史上的特定时期进行观测。它可以指导未来的观测策略，利用 JWST 等望远镜更有效地研究早期宇宙。此外，通过了解这一转变发生的时间，天文学家可以更好地理解现代星系的特征，包括大小、形状、恒星组成和活动水平。验证新工艺为了验证恒星和黑洞之间协同形成星系的新理论，并进一步深入了解其中的过程，需要进行计算机模拟。贝格尔曼说："这需要一些时间。目前的计算机模拟相当原始，你需要高分辨率来了解一切。这需要大量的计算能力，而且价格昂贵。"在此之前，天文学界还可以采取其他措施来审查和验证这一新理论。下一步的工作将是改进观测。JWST研究最遥远星系光谱的全部能力将在未来几年内释放出来。贝格尔曼和西尔克都对他们领域的其他成员采用他们提出的想法表示乐观。贝格尔曼补充说："据我所知，我们是第一个朝着这个极端方向前进的人。多年来，我和我的合作者们一直在研究黑洞的形成问题。但 JWST 让我们看到，我们还没有跳出框框。"编译自:ScitechDaily ... PC版： 手机版：

揭开神秘的面纱：超大质量黑洞是如何变得如此巨大的？

揭开神秘的面纱：超大质量黑洞是如何变得如此巨大的？ 研究人员结合X射线勘测和超级计算机模拟，追踪了120亿年的宇宙黑洞成长过程。他们的研究结果表明，黑洞的增长主要是由吸积驱动的，而兼并则起次要作用，尤其是在宇宙早期。这些发现有助于解释黑洞在宇宙年轻阶段的快速增长。 超大质量黑洞是如何获得超大质量的？通过将最前沿的 X 射线观测与最先进的超级计算机模拟相结合，研究人员对星系中心发现的超大质量黑洞的成长过程进行了迄今为止最好的建模。利用这种混合方法，宾夕法尼亚州立大学天文学家领导的研究小组得出了黑洞在 120 亿年中生长的完整图景，从宇宙诞生之初的大约 18 亿年到现在的 138 亿年。这项研究包括两篇论文，一篇发表在2024年4月的《天体物理学杂志》上，另一篇尚未发表，将提交给同一杂志。研究成果将在6月9日至6月13日在威斯康星州麦迪逊市莫诺纳露台会议中心举行的美国天文学会第244届会议上公布。该成果在新闻发布会上进行了专题介绍，新闻发布会进行了现场直播，现在就可以观看：论文第一作者、宾夕法尼亚州立大学研究生邹凡（音译）说："星系中心的超大质量黑洞的质量是太阳质量的数百万到数十亿倍。它们是如何变成这样的怪物的？这是天文学家几十年来一直在研究的问题，但一直难以可靠地追踪黑洞生长的所有方式。"超大质量黑洞主要通过两种途径生长。它们消耗宿主星系中的冷气体这个过程被称为吸积当星系碰撞时，它们会与其他超大质量黑洞合并。 "在吞噬宿主星系气体的过程中，黑洞会放射出强烈的X射线，这是追踪黑洞吸积增长的关键，"研究小组负责人、宾夕法尼亚州立大学天文学和天体物理学埃伯利家族讲座教授兼物理学教授W. Niel Brandt说。"我们利用有史以来发射到太空的三个最强大的 X 射线设施 20 多年来积累的 X 射线巡天数据测量了吸积驱动的增长。"研究小组使用了来自美国宇航局钱德拉X射线天文台、欧洲航天局的X射线多镜任务-牛顿（XMM-Newton）和马克斯-普朗克地外物理研究所的eROSITA望远镜的补充数据。总共测量了包含 8000 多个快速增长黑洞的 130 万个星系样本中的吸积驱动增长。研究人员将迄今为止发射到太空的最强大 X 射线设施的 X 射线观测结果与超级计算机模拟的星系在宇宙历史中的堆积过程相结合，为星系中心发现的超大质量黑洞的生长提供了迄今为止最好的模型。左侧是结合 X 射线（蓝色）和光学（红、绿、蓝）观测结果的图像，右侧是利用 IllustrisTNG 进行宇宙学模拟后得到的模拟气体柱密度。观测到的 X 射线辐射主要来自吸积超大质量黑洞，如插图所示。图中短边的长度与天空中满月的表面大小相同。资料来源：F.Zou (Penn State) et al：观测：XMM-SERVS 协作组；模拟：TNG 协作组；插图：XMM-SERVS 协作组：插图：Nahks TrEhnl（宾夕法尼亚州立大学）Zou说："我们样本中的所有星系和黑洞在多个波长上都有非常好的特征，在红外、光学、紫外和X射线波段都有极好的测量。数据显示，在所有宇宙纪元，质量更大的星系通过吸积黑洞的速度更快。凭借高质量的数据，我们能够比过去的研究更好地量化这一重要现象。"超大质量黑洞增长的第二种方式是通过合并，即两个超大质量黑洞碰撞并合并在一起，形成一个质量更大的黑洞。为了追踪合并后的增长，研究小组使用了IllustrisTNG，这是一套超级计算机模拟，模拟了从宇宙大爆炸后不久到现在的星系形成、演化和合并过程。Brandt说："在我们的混合方法中，我们将观测到的吸积增长与模拟的合并增长结合起来，重现了超大质量黑洞的增长历史。我们相信，通过这种新方法，我们已经绘制出了迄今为止最真实的超大质量黑洞成长图景。 "研究人员发现，在大多数情况下，吸积主导了黑洞的增长。合并起了显著的辅助作用，尤其是在过去 50 亿年的宇宙时间里，对于最大规模的黑洞而言。总的来说，在宇宙年轻的时候，所有质量的超大质量黑洞的增长速度都要快得多。正因为如此，到 70 亿年前，超大质量黑洞的总数几乎已经定型，而在宇宙早期，许多新的黑洞还在不断涌现。"通过我们的方法，我们可以追踪局域宇宙中的中心黑洞最有可能是如何随着宇宙时间的推移而增长的，"Zou说。"举例来说，我们考虑了银河系中心超大质量黑洞的成长过程，它的质量为 400 万太阳质量。我们的研究结果表明，我们银河系的黑洞很可能是在宇宙时间相对较晚的时候才成长起来的。"编译自/scitechdaily ... PC版： 手机版：