黑洞之谜:天文学家只能拼凑出“看不见的巨人”的起源

黑洞之谜:天文学家只能拼凑出“看不见的巨人”的起源图像描述了麻省理工学院的一项研究发现,就目前而言,已知的黑洞双星目录并没有揭示出关于黑洞如何形成的任何基本情况。图为模拟超大质量黑洞双星系统发出的光,其中周围的气体是光学稀薄(透明)的。资料来源:美国宇航局戈达德太空飞行中心天文学家们希望通过分析迄今为止检测到的69个确认的双星,找出这些起源故事中哪个更有可能。但是一项新的研究发现,就目前而言,目前的双星目录还不足以揭示出关于黑洞如何形成的任何基本情况。在发表在《天文学和天体物理学通讯》杂志上的一项研究中,麻省理工学院的物理学家们表明,当所有已知的双星和它们的旋转被纳入黑洞形成的模型时,结论可能看起来非常不同,取决于用于解释数据的特定模型。因此,一个黑洞的起源可以以不同的方式"旋转",这取决于一个模型对宇宙如何运作的假设。"当你改变模型,使其更加灵活或做出不同的假设时,你会得到一个关于黑洞如何在宇宙中形成的不同答案,"研究的共同作者,在LIGO实验室工作的麻省理工学院研究生SylviaBiscoveanu说。"我们表明,人们需要小心,因为我们的数据还没有达到我们可以相信模型告诉我们的阶段。"该研究的共同作者包括ColmTalbot,麻省理工学院的博士后;以及SalvatoreVitale,麻省理工学院的物理学副教授和Kavli天体物理学和空间研究所的成员。两个起源的故事双星系统中的黑洞被认为是通过两种途径之一产生的。第一条是通过"现场双星演化",即两颗恒星一起演化,最终在超新星中爆炸,留下两个黑洞,继续在双星系统中盘旋。在这种情况下,黑洞应该有相对一致的自旋,因为它们会有时间--先是作为恒星,然后是黑洞,相互拉扯形成类似的方向。如果一个双星的黑洞具有大致相同的自旋,科学家们认为它们一定是在一个相对安静的环境中进化的,比如银河系的圆盘。黑洞双星也可以通过"动态组合"形成,即两个黑洞分别演化,每个都有自己独特的倾斜和自旋。通过一些极端的天体物理过程,这些黑洞最终被聚集在一起,接近到足以形成一个双星系统。这样的动态配对很可能不是发生在一个安静的星系盘中,而是发生在一个更加密集的环境中,比如球状星团,在那里成千上万的恒星的相互作用可以将两个黑洞撞到一起。如果一个双星的黑洞具有随机定向的自旋,那么它们很可能是在球状星团中形成的。但是,通过一个渠道和另一个渠道形成的双星的比例是多少?天文学家认为,答案应该在于数据,尤其是对黑洞旋转的测量。迄今为止,天文学家已经得出了69个双星中黑洞的旋转,这些双星是由包括美国的LIGO和意大利的Virgo在内的引力波探测器网络发现的。每个探测器都在倾听引力波的迹象--通过时空产生的非常微妙的回响,这些回响是由极端的天体物理事件(如大质量黑洞的合并)留下的。对于每一个双星的探测,天文学家都对各自黑洞的属性进行了估计,包括它们的质量和自旋。他们将自旋测量结果应用于一个普遍接受的黑洞形成模型中,并发现有迹象表明,双星既可能有优先的、一致的自旋,也可能有随机的自旋。也就是说,宇宙可能在星系盘和球状星团中都产生双星。"但是我们想知道,我们是否有足够的数据来进行这种区分?"Biscoveanu说。"结果发现,事情是混乱的,不确定的,而且比看起来更难。"旋转的数据在他们的新研究中,麻省理工学院的研究小组测试了相同的数据在进入黑洞如何形成的稍微不同的理论模型时是否会产生相同的结论。研究小组首先在一个广泛使用的黑洞形成模型中再现了LIGO的自旋测量。这个模型假设宇宙中的一部分双星倾向于产生具有对齐自旋的黑洞,而其余的双星具有随机自旋。他们发现,数据似乎与这个模型的假设相吻合,并在模型预测的具有相似旋转的黑洞较多的地方显示出一个峰值。然后他们略微调整了这个模型,改变了它的假设,使它预测了一个稍微不同的首选黑洞旋转方向。当他们把同样的数据放到这个调整后的模型中时,发现数据发生了变化,与新的预测相一致。在其他10个模型中,数据也发生了类似的转变,每个模型对黑洞如何偏好旋转都有不同的假设。"我们的论文显示,研究结果完全取决于你如何建立天体物理学模型,而不是数据本身,"Biscoveanu说。"如果我们想提出一个独立于我们所做的天体物理学假设的主张,我们需要比我们想象的更多的数据。"只是天文学家还需要多少数据呢?据估计一旦LIGO网络在2023年初重新启动,仪器将每隔几天检测到一个新的黑洞双星。在接下来的一年里可能会增加数百个测量数据,以补充到数据中。"我们现在对自旋的测量是非常不确定的,"Vitale说。"但是当我们积累了很多,我们可以获得更好的信息。然后我们可以说,无论我的模型有多大的细节,数据总是告诉我同一个故事--一个我们当时可以相信的故事。"...PC版:https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1340683.htm手机版:https://m.cnbeta.com.tw/view/1340683.htm

相关推荐

封面图片

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》(TheAstrophysicalJournal)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B20402+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(RogerRomani)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,B20402+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B20402+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B20402+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TirthSurti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B20402+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:https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1422216.htm手机版:https://m.cnbeta.com.tw/view/1422216.htm

封面图片

天文学家首次发现黑洞旋转的直接证据

天文学家首次发现黑洞旋转的直接证据科学家已经预测说黑洞的旋转为这些宇宙喷射流提供了能量,但一直没有找到直接证据。研究报告联名作者、日本国立天文台的羽田和弘(音)说:“在用事件视界望远镜成功地在这个星系拍摄了黑洞照片后,这个黑洞是否正在旋转一直是科学家关注的核心。现在预期已经变成了确定。这个巨大的黑洞确实在旋转。”“梅西耶87”距离地球5500万光年,拥有一个比太阳大65亿倍的黑洞。黑洞外面就有一个由气体和尘埃构成的吸积盘,围绕这个宇宙“天坑”的边缘转动。其中一些物质注定要掉进黑洞,永远消失。但一小部分会从黑洞的两极喷射出来,速度超过光速的99.99%。理论模型表明这种现象的发生源于黑洞旋转。科学家认为吸积盘中的带电粒子产生了一个强磁场,随着黑洞旋转,它牵引着磁场一起旋转。这最终导致磁场让粒子加速,以喷射流的形式脱离黑洞,在这一过程里从黑洞的旋转中攫取能量。发表在《自然》周刊上的最新研究成果,引用了2000年至2022年通过全球射电望远镜网络观测“梅西耶87”的结果。观测显示围绕黑洞边缘的一个中心点进动(进动本为物理学名词,指一个自转的物体受外力作用导致其自转轴绕某一中心旋转——本报注)的喷射流以11年为周期反复出现。这表明黑洞的自转轴与吸积盘之间存在错位,导致喷射流像陀螺一样摇摆。研究报告作者说:“发现这种进动提供了明确的证据证明‘梅西耶87’星系中的超大质量黑洞确实在旋转,因此增强了我们对超大质量黑洞本质的理解。”伦敦大学学院天体物理学家济里·尤西说:“这非常令人兴奋,因为这告诉我们,只有在黑洞进行非零旋转的情况下它才会进动。这是旋转一个间接但非常有力的证明。”尤西还说,黑洞的旋转今后还可能给了解导致超大质量黑洞形成的激变事件提供见解。他说:“它在旋转而且还有倾斜告诉你过去曾发生过相当疯狂的事情。在其历史的某一点,曾发生过激烈的事件。它提供了诱人的暗示表明情况可能就是这样的。”...PC版:https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1387415.htm手机版:https://m.cnbeta.com.tw/view/1387415.htm

封面图片

天文学家发现了一个“休眠”黑洞

天文学家发现了一个“休眠”黑洞日前,美乔治亚州立大学物理学与天文学学术人员IdanGinsburg刊文称:谈到黑洞研究领域,似乎总是有一些新的和令人兴奋的事情发生。1922年,阿尔伯特·爱因斯坦首次出版了解释广义相对论的书--其中假设了黑洞。现在,一百年后,天文学家捕捉到了银河系中心的黑洞的实际图像。在最近的一篇论文中,一个天文学家小组描述了另一个令人兴奋的新发现:在银河系外观察到的第一个“休眠”黑洞。我是一名天体物理学家,近二十年来一直在研究黑洞--宇宙中密度最大的天体。不发出任何可探测的光的黑洞被称为休眠黑洞。它们是出了名得难以发现的。这个新发现特别令人激动,因为它提供了对黑洞形成和演变的洞察力。这些信息对于理解引力波以及其他天文事件至关重要。VFTS243究竟是什么?VFTS243是一个双星系统,这意味着它是由两个围绕共同质量中心运行的天体组成。第一个天体是一颗非常热的蓝色恒星,质量是太阳的25倍,第二个天体则是一个质量比太阳大8倍的黑洞。VFTS243位于大麦哲伦星云中的塔兰图拉星云,这是银河系的一个卫星星系,距离地球约16.3万光年。VFTS243中的黑洞被认为是休眠的,因为它没有发出任何可探测的辐射。这跟其他双星系统形成了鲜明的对比,在这些双星系统中,可以检测到黑洞发出的强烈的X射线。黑洞的直径约为33英里(54公里),跟比它大20万倍的高能星相比它显得相形见绌。两者都围绕一个共同的质心快速旋转。即使在最强大的望远镜下,这个系统在视觉上看起来也是一个单一的蓝点。寻找休眠的黑洞天文学家怀疑,在银河系和大麦哲伦星系中隐藏着数百个这样的双星系统,其中的黑洞不会发出X射线。当黑洞从一颗伴星上剥离物质时最容易被发现,这个过程被称为“进食”。进食会产生一个围绕着黑洞的气体和尘埃盘。当盘中的物质向黑洞落下时,摩擦将吸积盘加热到数百万度。这些热的物质盘发出了大量的X射线。第一个以这种方式被探测到的黑洞是著名的天鹅座X-1系统。多年来,天文学家已经知道VFTS243是一个双星系统,但该系统到底是一对恒星还是一颗恒星和一个黑洞之间的舞蹈还不清楚。为了确定哪个是真的,研究该双星的研究小组使用了一种叫做光谱分解的技术。这种技术将来自VFTS243的光分离成其组成波长,这类似于白光进入棱镜后产生的不同颜色。这项分析显示,来自VFTS243的光是来自一个单一的来源而非两颗独立的恒星。由于没有探测到来自该恒星同伴的辐射,唯一可能的结论是,双星中的第二个体是一个黑洞,因此是在银河系外发现的第一个休眠黑洞。为什么VFTS243非常重要?大多数质量小于100个太阳的黑洞都是由一颗大质量恒星坍缩形成。当这种情况发生时,往往会有一个巨大的爆炸,被称为超新星。VFTS243系统中的黑洞跟恒星处于一个圆形的轨道上,这一事实有力地证明了没有发生超新星爆炸,否则可能会将黑洞踢出系统--或至少是破坏轨道。相反,前身星似乎直接坍缩形成了黑洞而没有爆炸。VFTS2...PC版:https://www.cnbeta.com/articles/soft/1307107.htm手机版:https://m.cnbeta.com/view/1307107.htm

封面图片

双星接触所形成的黑洞 天文学家记录撼动宇宙的宇宙碰撞

双星接触所形成的黑洞天文学家记录撼动宇宙的宇宙碰撞将他们的观察结果与双星演化的理论模型相比较,他们发现,在最适合的模型中,目前被喂养的恒星将成为一个黑洞,并将喂养其伴星。存活下来的恒星将在不久之后成为一个黑洞。这些黑洞将在短短几百万年内形成,但随后将相互环绕数十亿年,然后以如此大的力量相撞,产生引力波--时空结构中的涟漪--理论上可以用地球上的仪器探测到。该研究的主要作者、博士生马修-里卡德(UCL物理与天文学)说:"由于引力波探测器Virgo和LIGO的存在,在过去几年里已经探测到了几十个黑洞合并。但是到目前为止,我们还没有观察到那些被预测会坍缩成这种大小的黑洞并在时间尺度上短于甚至大致与宇宙年龄相当的恒星。我们的最佳拟合模型表明这些恒星将在180亿年后合并为黑洞。在离我们的银河系如此之近的地方发现这种演化路径上的恒星,为我们提供了一个极好的机会,让我们更多地了解这些黑洞双星是如何形成的。"共同作者、波茨坦大学的博士生丹尼尔-鲍里说:"这颗双星是迄今为止观察到的质量最大的接触双星。较小、较亮、较热的恒星,质量是太阳的32倍,目前正在向其较大的同伴失去质量,后者的质量是我们太阳的55倍。"天文学家今天看到的黑洞合并形成于数十亿年前,当时宇宙中的铁和其他较重元素含量较低。这些重元素的比例随着宇宙的老化而增加,这使得黑洞合并的可能性降低。这是因为重元素比例较高的恒星有更强的风,它们会更快地自我吹散。饱受研究的小麦哲伦云,距离地球约21万光年,由于自然界的一个怪癖,它的铁和其他重金属丰度约为我们银河系的七分之一。在这方面,它模仿了宇宙中遥远的过去的条件。但是与更古老、更遥远的星系不同,它足够接近,天文学家可以测量单个和双星的属性。在他们的研究中,研究人员利用美国宇航局哈勃太空望远镜(HST)和智利欧空局超大型望远镜上的多单元光谱探测器(MUSE)以及其他望远镜上的仪器在多个时段获得的数据,测量了来自双星的不同光带(光谱分析),其波长范围从紫外线到光学到近红外。利用这些数据,研究小组能够计算出恒星的径向速度--也就是说,它们向着或远离我们的运动--以及它们的质量、亮度、温度和轨道。然后他们将这些参数与最适合的进化模型相匹配。他们的光谱分析表明,较小的恒星的大部分外包层已经被其较大的同伴剥去了。他们还观察到这两颗恒星的半径都超过了它们的洛希瓣--也就是说,在一颗恒星周围,物质被引力束缚在该恒星上的区域--证实了较小恒星的一些物质正在溢出并转移到伴星上。在谈到这两颗恒星的未来演变时,里卡德解释说:"较小的恒星将首先成为一个黑洞,在短短70万年内,要么通过一个被称为超新星的壮观的爆炸,要么它可能大到坍缩成一个黑洞而不向外爆炸。在第一个黑洞开始从它的同伴那里增殖质量,对它的同伴进行报复之前,它们将成为约300万年的不安的邻居"。进行建模工作的Pauli补充说:"只过了20万年,用天文术语来说就是一瞬间,伴星也将坍缩成一个黑洞。这两颗大质量的恒星将继续围绕对方运行,在数十亿年的时间里每隔几天绕一圈。慢慢地,它们将通过发射引力波而失去这种轨道能量,直到它们每隔几秒钟就互相绕行一次,最终在180亿年后合并在一起,通过引力波释放出巨大的能量。"...PC版:https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1358307.htm手机版:https://m.cnbeta.com.tw/view/1358307.htm

封面图片

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SgrA*),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SgrA*的旋转速度。他们发现SgrA*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SgrA*的旋转速度进行了其他一些估计,结果从SgrA*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(RuthDaly)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,SgrA*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,etal.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SgrA*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(MeganDonahue)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SgrA*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AnanLu说:"我们对SgrA*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(RuthDaly)领衔撰写,发表在2024年1月出版的《英国皇家天文学会月刊》(MonthlyNoticesoftheRoyalAstronomicalSociety)上。...PC版:https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1419317.htm手机版:https://m.cnbeta.com.tw/view/1419317.htm

封面图片

宇宙泰坦:天文学家揭开超大质量黑洞的起源

宇宙泰坦:天文学家揭开超大质量黑洞的起源超大质量黑洞(SMBH;中心的小黑点)会吸收周围的物质,这些物质在流入黑洞时会形成一个螺旋状的圆盘。物质的引力能量转化为辐射,并从圆盘中发射出去。具有这种闪亮外围的SMBH被称为"类星体"。资料来源:松冈良树这种密切的关系意味着星系和SMBH是共同进化的。因此,揭示SMBH的起源不仅对了解SMBH本身至关重要,而且对阐明可见宇宙的主要组成部分--星系的形成过程也至关重要。解决这个问题的关键在于早期宇宙,在早期宇宙中,自宇宙大爆炸(即宇宙开始)以来所经过的时间还不到十亿年。由于光速有限,我们可以通过观测遥远的宇宙来回顾过去。当宇宙只有十亿岁或更小的时候,SMBH是否就已经存在了呢?我们用斯巴鲁望远镜拍摄的夜空照片示例。放大图像中心的小红点代表来自遥远类星体的光线,它存在于宇宙8亿岁时(130亿光年远)。图片来源:日本国立天文台黑洞是否有可能在如此短的时间内获得如此大的质量(超过一百万太阳质量,有时甚至达到数十亿太阳质量)?如果可能,其基本物理机制和条件是什么?要接近SMBH的起源,我们需要观测它们,并将它们的特性与理论模型的预测进行比较。要做到这一点,首先需要确定它们在天空中的位置。研究小组利用位于夏威夷毛纳凯亚山顶的斯巴鲁望远镜进行了本次研究。斯巴鲁望远镜最大的优势之一就是它的宽视场观测能力,这一点特别适合这项研究。由于超巨型天体不发光,研究小组寻找的是一种被称为"类星体"的特殊类别--超巨型天体的外围闪闪发光,下沉物质在那里释放引力能量。他们观测了相当于5000倍满月的广阔天空区域,成功发现了162个居住在早期宇宙中的类星体。其中,22个类星体存在于宇宙年龄不到8亿年的时代,这是迄今为止发现类星体的最古老时期。由于发现了大量类星体,他们得以确定最基本的测量方法,即"光度函数",它描述了类星体的空间密度与辐射能量的函数关系。他们发现,类星体在宇宙早期的形成速度非常快,而光度函数的整体形状(除振幅外)却随着时间的推移而保持不变。光度函数描述了空间密度(纵轴为Φ)与辐射能量(横轴为M1450)的函数关系。天文学家绘制了在宇宙年龄为8亿年(红点)、9亿年(绿菱形)、12亿年(蓝方)和15亿年(黑三角)时观测到的类星体的光度函数。曲线代表最佳拟合函数形式。类星体的空间密度随着时间的推移急剧上升,而光度函数的形状几乎没有变化。资料来源:《天体物理学杂志通讯》,949,L42,2023年光度函数的这一特征行为为理论模型提供了强有力的约束,这些理论模型最终可以重现所有观测数据,并描述SMBH的起源。另一方面,众所周知,宇宙在其早期经历了被称为"宇宙再电离"的重大相变。过去的观测表明,整个星系际空间在这一事件中被电离。电离能量的来源仍有争议,类星体的辐射被认为是一个有希望的候选者。通过对上述光度函数进行积分,我们发现类星体在早期宇宙中每侧1光年的单位体积内每秒发出1028个光子。这还不到当时维持星系际空间电离状态所需的光子的1%,因此表明类星体对宇宙再电离的贡献微乎其微。根据最近的其他观测结果,这可能是正在形成的星系中来自大质量热恒星的综合辐射。...PC版:https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1381157.htm手机版:https://m.cnbeta.com.tw/view/1381157.htm

🔍 发送关键词来寻找群组、频道或视频。

启动SOSO机器人