澳州天文学家发现迄今成长最快的黑洞

澳州天文学家发现迄今成长最快的黑洞 澳大利亚科研人员称发现了迄今已知成长最快的黑洞，它每天吞噬掉的物质质量相当于一个太阳。 新华社星期二（2月20日）报道，澳大利亚国立大学研究人员领衔的团队日前在英国《自然·天文学》杂志上发表论文说，这个黑洞的质量高达太阳的170亿倍，距离地球超过120亿光年。 欧洲南方天文台发布的公报指出，这个黑洞所在的类星体代号为J0529-4351，不仅是迄今观测到的最明亮类星体，也是迄今观测到的最明亮天体。 据介绍，这个黑洞的吸积盘直径达7光年，超过太阳系到其相邻恒星系统半人马座阿尔法星系的距离。 论文第一作者、澳大利亚国立大学天文学和天体物理学研究学院副教授克里斯蒂安·沃尔夫说，这个黑洞“令人难以置信的成长速度意味着光和热的大量释放”，因此它所在的类星体也成为“宇宙中迄今已知的最明亮物体”。 事实上，J0529-4351一直掩藏在“众目睽睽之下”。之前，研究人员利用电脑模型分析欧洲航天局“盖亚”空间探测器采集的相关数据时，错将J0529-4351识别为一颗恒星，直到最近通过地面望远镜观测才将其确定为类星体。 类星体是活动星系核，由其中心的超大质量黑洞所驱动。当黑洞周围的气体被吞噬时会形成漩涡状吸积盘，巨大的引力势在吸积盘上得以释放，转化为热能和电磁辐射，使得类星体异常明亮。 2024年2月20日 10:09 PM

天文学家揭开宇宙最重黑洞双星之谜

天文学家揭开宇宙最重黑洞双星之谜 两个超大质量黑洞的合并是一个早已被预测到的现象，尽管从未被直接观测到过。天文学家提出的一个理论是，这些系统的质量如此之大，以至于它们耗尽了宿主星系中驱动合并所需的恒星物质。利用双子座北望远镜的档案数据，一个天文学家小组发现了一个双黑洞，为这一观点提供了有力的证据。据研究小组估计，这个双黑洞的质量是太阳质量的280亿倍，是迄今为止测量到的最重的双黑洞。这次测量不仅为双星系统的形成及其宿主星系的历史提供了宝贵的背景资料，而且还支持了一个由来已久的理论，即超大质量黑洞双星的质量在阻止超大质量黑洞合并方面起着关键作用。资料来源：NOIRLab/NSF/AURA/J. daSilva/M.Zamani几乎每个大质量星系的中心都有一个超大质量黑洞。当两个星系合并时，它们的黑洞会形成一对双星，这意味着它们处于相互束缚的轨道上。据推测，这些双星最终会合并，但这一现象从未被观测到过[1]。几十年来，天文学家们一直在讨论这样的事件是否可能发生。在最近发表于《天体物理学报》（TheAstrophysical Journal）的一篇论文中，一个天文学家小组提出了对这一问题的新见解。一个天文学家小组利用由美国国家科学基金会NOIRLab 负责运行的双子座北望远镜（国际双子座天文台的一半）提供的档案数据，测量出了迄今发现的最重的一对超大质量黑洞。两个超大质量黑洞的合并是一种早已被预测到的现象，但从未被观测到过。这对超大质量黑洞提供了一些线索，说明为什么宇宙中发生这种事件的可能性如此之小。双子座北区前所未有的洞察力研究小组利用夏威夷双子座北望远镜（由美国国家科学基金会资助的NOIRLab运行的国际双子座天文台的二分之一）的数据，分析了位于椭圆星系B2 0402+379内的一个超大质量黑洞双星。这是迄今为止唯一一个被分辨得足够详细，可以分别看到两个天体的超大质量黑洞双星，[2]而且它还保持着迄今为止直接测量到的最小间隔记录仅仅 24 光年[3]。虽然如此接近的分离预示着强大的合并，但进一步的研究发现，这对天体已经在这个距离上停滞了 30 多亿年，这不禁让人产生疑问：是什么阻碍了合并？双黑洞合并的挑战为了更好地了解这个系统的动态及其停止的合并，研究小组研究了双子座北区的双子座多目标摄谱仪（GMOS）的档案数据，这些数据使他们能够确定黑洞附近恒星的速度。"GMOS出色的灵敏度使我们能够测绘出恒星在靠近星系中心时的速度，"论文共同作者、斯坦福大学物理学教授罗杰-罗曼尼（Roger Romani）说。"有了这些，我们就能推断出居住在那里的黑洞的总质量。"据研究小组估计，这对双星的质量是太阳质量的280亿倍，是迄今测量到的最重的双黑洞。这一测量结果不仅为双星系统的形成及其宿主星系的历史提供了宝贵的背景资料，而且还支持了一个由来已久的理论，即超大质量双黑洞的质量在阻止潜在合并中起着关键作用[4]。"为国际双子座天文台提供服务的数据档案蕴藏着一座尚未开发的科学发现金矿，"国家科学基金会国际双子座天文台项目主任马丁-斯蒂尔说，"对这个极端超大质量双黑洞的质量测量是一个令人敬畏的例子，说明了探索这一丰富档案的新研究可能产生的影响。"二进制系统的形成与未来了解这个双星是如何形成的，有助于预测它是否以及何时会合并一些线索表明，这对双星是通过多个星系合并形成的。首先，B2 0402+379 是一个"化石星系团"，这意味着它是整个星系团的恒星和气体合并成一个大质量星系的结果。此外，两个超大质量黑洞的存在，加上它们巨大的总质量，表明它们是由多个星系的多个较小黑洞合并而成的。星系合并后，超大质量黑洞不会正面相撞。相反，当它们进入一个有束缚的轨道时，就会开始互相弹射。它们每经过对方一次，能量就会从黑洞传递到周围的恒星。随着它们能量的流失，这对黑洞被越拖越近，直到相距仅有一光年时，引力辐射占据上风，它们才会合并。这一过程已经在成对恒星质量的黑洞中被直接观测到有史以来的第一次记录是在2015年通过引力波的探测但从未在超大质量的双星中观测到过。停滞不前的合并与未来联合的可能性通过对该星系巨大质量的新了解，研究小组得出结论，需要有数量特别多的恒星才能减缓双星轨道的速度，使它们如此接近。在这个过程中，黑洞似乎甩掉了它们附近几乎所有的物质，使得星系核心缺少恒星和气体。由于没有更多的物质来进一步减缓这对天体的轨道，它们的合并在最后阶段停滞了。罗曼尼说："通常情况下，黑洞对较轻的星系似乎有足够的恒星和质量来驱动两者迅速结合在一起。由于这对黑洞非常重，因此需要大量恒星和气体来完成这项工作。但是这对黑洞已经将中央星系中的这些物质清除干净，使它停滞不前，可供我们研究。"这对天体究竟会克服停滞状态，最终以数百万年的时间尺度合并，还是永远继续在轨道上徘徊，目前尚无定论。如果它们真的合并，产生的引力波将比恒星质量的黑洞合并产生的引力波强大一亿倍。这对天体有可能通过另一次星系合并来征服最后的距离，这将为星系注入更多的物质，或者有可能是第三个黑洞，从而使这对天体的轨道慢到足以合并。不过，鉴于B2 0402+379是一个化石星系团，另一个星系合并的可能性不大。"我们期待着对B2 0402+379的内核进行后续调查，我们将研究其中存在多少气体，"论文第一作者、斯坦福大学本科生Tirth Surti说。"这应该能让我们更深入地了解超大质量黑洞最终能否合并，或者它们是否会作为双星搁浅。"说明虽然有证据表明超大质量黑洞之间的距离只有几光年，但似乎没有一个黑洞能够跨越这个最终距离。关于这种事件是否可能发生的问题被称为"最终-秒差距问题"，几十年来一直是天文学家们讨论的话题。以前曾对含有两个超大质量黑洞的星系进行过观测，但在这些情况下，它们相距数千光年太远了，不可能像在 B2 0402+379 中发现的双星那样处于相互结合的轨道上。其他黑洞动力源的距离可能更小，不过这些都是通过间接观测推断出来的，因此最好归类为候选双星。这一理论最早是由贝格尔曼等人于 1980 年提出的，根据数十年来对星系中心的观测，这一理论一直被认为是存在的。编译来源：ScitechDaily ... PC版： 手机版：

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：

天文学家发现已知质量最大的黑洞

天文学家发现已知质量最大的黑洞 天文学家发现了可能是已知质量最大的黑洞，其质量大约为太阳质量的 300 亿倍。研究报告发表在《皇家天文学会月刊》（Royal Astronomical Society，简称RAS）期刊上。天文学家是利用引力透镜和超级计算机模拟发现这个巨无霸黑洞的。该黑洞位于星系团 Abell 1201 中的一个星系，虽然巨大无比但并不活跃，也就是它没有吞噬太多周围的物质而释放出巨大的能量。论文主要作者 James Nightingale 博士称，此前发现的绝大多数超大质量黑洞都处于活跃状态，引力透镜让研究此类不活跃巨型黑洞成为可能。 来源 ， ， 来自：雷锋 频道：@kejiqu 群组：@kejiquchat 投稿：@kejiqubot

翘速前进：天文学家解释银河系中心黑洞弯曲时空的方式

翘速前进：天文学家解释银河系中心黑洞弯曲时空的方式 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天文学家称这个巨大的黑洞为人马座 A*（简称 Sgr A*），它距离地球约 26000 光年，位于银河系的中心。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。自旋测量技术一个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*的旋转角速度即每秒的旋转圈数约为最大可能值的60%，而这是由于物质的运动速度无法超过光速而设定的极限。过去，不同的天文学家使用不同的技术对Sgr A*的旋转速度进行了其他一些估计，结果从Sgr A*完全不旋转到几乎以最大速度旋转不等。新研究的第一作者、宾夕法尼亚州立大学的露丝-戴利（Ruth Daly）说："我们的工作可能有助于解决银河系超大质量黑洞的旋转速度问题。结果表明，Sgr A* 的旋转速度非常快，这很有趣，而且影响深远。"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.快速旋转的影响旋转的黑洞在旋转时会拉动"时空"（时间和三维空间的组合）和附近的物质。旋转黑洞周围的时空也会被压扁。从顶部俯视黑洞，沿着黑洞产生的任何喷流桶，时空都是一个圆形。然而，从侧面看旋转的黑洞，时空的形状就像一个足球。旋转速度越快，足球就越扁平。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其自旋能量时会产生准直外流，即狭窄的物质束，如喷流，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，如果斯格拉A*附近的物质数量增加，这种情况可能会改变。人马座 A* 的未来"旋转的黑洞就像发射台上的火箭，"来自加拿大温尼伯马尼托巴大学的合著者宾尼-塞巴斯蒂安说。"一旦物质足够接近，就好像有人给火箭加满了燃料，然后按下了'发射'按钮"。这意味着，将来如果黑洞附近物质的性质和磁场强度发生变化，黑洞自旋的巨大能量的一部分可能会驱动更强大的外流。这种源物质可能来自气体，也可能来自被黑洞引力撕裂的恒星残骸，如果该恒星游荡得离斯格拉A*太近的话。来自密歇根州立大学的合著者梅根-多纳休（Megan Donahue）说："一个星系旋转的中心黑洞所产生的喷流会深刻影响整个星系的气体供应，从而影响恒星形成的速度，甚至影响恒星是否能够形成。在银河系黑洞周围的X射线和伽马射线中看到的'费米气泡'表明，黑洞在过去可能是活跃的。测量我们黑洞的自旋是对这种情况的重要检验。"为了确定 Sgr A* 的自旋，作者使用了一种基于经验的理论方法，即"外流法"，该方法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。合著者之一、加拿大蒙特利尔麦吉尔大学的 Anan Lu 说："我们对 Sgr A* 有特殊的看法，因为它是离我们最近的超大质量黑洞。虽然它现在很安静，但我们的工作表明，未来它将对周围的物质产生无比强大的冲击力。这可能发生在一千年或一百万年后，也可能发生在我们有生之年。"银河系中心的超大质量黑洞正在飞速旋转，以至于它把周围的时空扭曲成一个看起来像美式足球的形状。这一结果是利用美国宇航局钱德拉 X 射线天文台（太空中的 X 射线望远镜）和美国国家科学基金会甚大阵列（位于新墨西哥州的射电望远镜阵列）的数据得出的。资料来源：NASA/CXC/A.霍巴特描述这些结果的论文由露丝-戴利（Ruth Daly）领衔撰写，发表在 2024 年 1 月出版的《英国皇家天文学会月刊》（Monthly Notices of the Royal Astronomical Society）上。 ... PC版： 手机版：

人马座A*黑洞以及更多：天文学家利用TDE帮助探索宇宙中曾经无法追踪的领域

人马座A*黑洞以及更多：天文学家利用TDE帮助探索宇宙中曾经无法追踪的领域 对于不幸被超大型黑洞吞噬的恒星来说，这是一个灾难性的毁灭性结局，但对于科学家来说却是幸运的，因为他们现在有机会探测星系中原本处于休眠状态的中心。TDE 照亮探索的道路顾名思义，黑洞本身不会发出任何光，因此研究人员很难观测到它们。但是当一颗恒星足够接近一个超大质量黑洞时，它就会被黑洞巨大的潮汐引力场摧毁，这种相互作用实际上就是地球与月球潮汐相互作用的极端例子。一些被潮汐摧毁的物质会掉入黑洞，形成一个非常热、非常亮的物质盘。这个过程被称为潮汐破坏事件（TDE），它提供了一个光源，科学家可以用强大的望远镜观察和分析。TDEs比较罕见据预测，在一个特定的星系中，大约每10,000到100,000年发生一次。通常每年能探测到一到二十次TDEs，但随着新技术的出现，如目前正在智利建造的维拉-C-鲁宾天文台，预计在未来几年内将观测到数百次TDEs。这些功能强大的天文台扫描夜空，寻找上升和下降的光源，从而"勘测"宇宙中的时变天文现象。利用这些观测，天体物理学家可以对 TDEs 进行研究，以估计 SMBHs 及其摧毁的恒星的性质。研究人员试图了解的事情之一是恒星和 SMBH 的质量。虽然有一种模型被经常使用，但最近又开发出了一种新的模型，目前正在进行测试。分析模型的出现吸积率即恒星的恒星物质在TDE期间落回SMBH的速率揭示了恒星和SMBH的重要特征，例如它们的质量。最精确的计算方法是进行流体力学数值模拟，利用计算机分析TDE中潮汐破坏的物质雨点般落到黑洞上时的气体动力学。这种技术虽然精确，但成本高昂，研究人员计算一个 TDE 可能需要数周到数月的时间。近几十年来，物理学家们设计出了计算吸积率的分析模型。这些模型为了解扰乱恒星和黑洞的性质提供了一种高效、经济的方法，但其近似值的准确性仍存在不确定性。目前存在的分析模型屈指可数，其中最著名的可能要数"冻结在黑洞中"近似模型了；这一名称源于这样一个事实，即落在黑洞上的碎片的轨道周期是在与黑洞的一个特定距离（称为潮汐半径）上确定的，或者说是"冻结在黑洞中"。这一模型由莱西、汤斯和霍伦巴赫于1982年提出，洛达托、金和普林格于2009年对其进行了扩展，认为大质量恒星的吸积率在1到10年的时间范围内达到峰值，具体取决于恒星的质量。这意味着，如果在夜空中观察，一个星源最初可能会变亮、达到峰值，然后随着时间的推移逐渐减弱，时间尺度可达数年之久。新的前进之路锡拉丘兹大学物理学教授埃里克-考夫林（Eric Coughlin）和利兹大学理论天体物理学副教授克里斯-尼克松（Chris Nixon）在2022年提出了一个新模型，简称CN22模型，它将TDE的峰值时间尺度确定为恒星性质和黑洞质量的函数。根据这个新模型，他们恢复了TDE的峰值时间尺度和吸积率，与一些流体力学模拟的结果一致，但这个模型更广泛的影响以及它对更广泛的恒星类型（包括恒星的质量和年龄）的预测还没有完全阐明。为了在更广泛的背景下更好地描述和理解这一模型的预测，由物理系博士生 Ananya Bandopadhyay 带领的锡拉丘兹大学研究团队开展了一项研究，分析 CN22 模型的影响，并针对不同类型的恒星和不同质量的 SMBH 进行测试。研究小组的研究成果发表在《天体物理学杂志通讯》上。除了第一作者Bandopadhyay之外，共同作者还包括Coughlin、Nixon、物理系的本科生和研究生以及锡拉丘兹市教育局（SCSD）的学生。锡拉丘兹市教育局学生的参与是通过锡拉丘兹大学物理研究（SURPh）项目实现的，该项目是一个为期六周的带薪实习项目，当地高中生与文理学院物理系的师生一起参与前沿研究。在2022年和2023年的夏天，南加州大学的学生与锡拉丘兹大学的物理学家合作开展计算项目，测试CN22模型的有效性。他们使用名为"恒星天体物理学实验模块"的恒星演化代码来研究恒星的演化。利用这些剖面图，他们比较了"冻结"近似和 CN22 模型对一系列恒星质量和年龄的吸积率预测。他们还对一颗类太阳恒星被一个超大质量黑洞破坏的过程进行了流体力学数值模拟，以比较模型预测值和数值得出的吸积率。研究成果据 Bandopadhyay 称，研究小组发现 CN22 模型与流体力学模拟结果非常吻合。此外，也许最重要的一点是，研究发现TDE中吸积率的峰值时间尺度对被摧毁恒星的性质（质量和年龄）非常不敏感，对于像太阳这样被质量为人马座A*的黑洞摧毁的恒星来说，峰值时间尺度约为50天。这一结果最引人注目和最令人吃惊的是，"冻结在"模型做出了截然不同的预测。根据"冻结在"模型，同一 TDE 产生的增殖率将在两年的时间尺度上达到峰值，这与流体力学模拟的结果明显不符。Bandopadhyay说："这推翻了以前关于TDE工作方式的观念，以及彻底摧毁恒星可能产生的瞬态类型。通过证实CN22模型的准确性，我们证明了这种分析方法可以大大加快对具有不同质量和年龄的恒星破坏的可观测特性的推断。"他们的研究还推翻了早先的观点，即TDEs可以用来解释在多年跨度上达到峰值和衰减的长持续时间光变曲线。此外，Coughlin 还指出，这篇论文验证了峰值回落率实际上与被破坏恒星的质量和年龄无关，几乎完全由 SMBH 的质量决定。"如果测量的是上升时间，那么可以直接窥探到的实际上是超大质量黑洞的属性，这是TDE物理学的目标，也就是利用TDE来说明黑洞的一些情况，"考夫林说。鉴于该论文对该领域的影响，美国天文学会邀请 Bandopadhyay 在 2024 年 1 月 11 日于新奥尔良举行的该学会第243次会议上介绍该团队的研究成果。展望未来，研究小组表示，通过证实CN22模型的准确性，这项研究为研究人员打开了一扇窗，使他们能够对TDEs做出可观测的预测，并根据现有的和即将到来的探测结果对其进行检验。通过合作和智慧，锡拉丘兹大学的研究人员正在揭示黑洞物理学的细节，并帮助探索遥远宇宙中曾经无法追踪的领域。编译来源：ScitechDaily ... PC版： 手机版：