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

天文学家发现前所未见的摧毁恒星的方法

天文学家发现前所未见的摧毁恒星的方法恒星死亡的本质宇宙中的恒星通常以可预测的方式结束自己的生命，这取决于它们的质量。像太阳这样质量相对较低的恒星在衰老过程中会脱落外层，最终褪色成为白矮星。质量更大的恒星燃烧得更旺盛，在超新星大爆炸中死亡得更快，会产生中子星和黑洞这样的超密集天体。如果两颗这样的恒星残骸形成双星系统，它们最终也会发生碰撞。然而，新的研究指出了一种假想已久但从未见过的第四种选择。这幅艺术家印象图展示了天文学家是如何利用由美国国家科学基金会NOIRLab负责操作的双子座南望远镜来研究强大的伽马射线暴（GRB）的，他们可能发现了一种前所未见的摧毁恒星的方法。与大多数由大质量恒星爆炸或中子星偶然合并引起的GRB不同，天文学家得出的结论是，这个GRB是由恒星或恒星残骸在一个古老星系核心的超大质量黑洞周围的拥挤环境中碰撞产生的。揭开新发现的面纱在寻找长持续伽玛射线暴（GRB）的起源时，天文学家利用智利的双子座南望远镜（由美国国家科学基金会NOIRLab运营的国际双子座天文台的一部分）、北欧光学望远镜和NASA/ESA哈勃太空望远镜，发现了恒星或恒星残余物在一个古老星系的超大质量黑洞附近的混乱而密集的区域中发生类似拆迁的碰撞的证据。荷兰拉德布德大学天文学家、《自然-天文学》（NatureAstronomy）杂志上一篇论文的第一作者安德鲁-莱万（AndrewLevan）说："这些新结果表明，恒星可能会在宇宙中一些密度最大的区域遭遇灭顶之灾，在那里它们可能会被驱动发生碰撞。这对于了解恒星是如何死亡的，以及回答其他问题都是令人兴奋的，比如有哪些意想不到的来源可能会产生引力波，而我们可以在地球上探测到这些引力波。"观测证据和发现远古星系早已过了恒星形成的鼎盛时期，即使有巨型恒星，也所剩无几，而巨型恒星正是长GRB的主要来源。然而，它们的内核却充斥着恒星和各种超密集恒星残骸，如白矮星、中子星和黑洞。天文学家长期以来一直怀疑，在围绕着超大质量黑洞的汹涌蜂窝中，两个恒星天体迟早会发生碰撞，从而产生GRB。然而，这种合并的证据一直难以捉摸。天文学家利用由美国国家科学基金会NOIRLab运营的国际双子座天文台研究一个强大的伽马射线暴（GRB）时，可能观测到了一种前所未见的摧毁恒星的方式。与大多数由大质量恒星爆炸或中子星偶然合并引起的伽玛射线暴不同，天文学家得出的结论是，这个伽玛射线暴是由恒星或恒星残骸在一个古老星系核心的超大质量黑洞周围的拥挤环境中碰撞产生的。资料来源：国际双子座天文台/NOIRLab/NSF/AURA/M.Garlick/M.扎马尼2019年10月19日，美国宇航局尼尔-盖尔斯-斯威夫特天文台（NeilGehrelsSwiftObservatory）探测到了一道持续一分多钟的明亮伽马射线闪光，这是此类事件发生的第一个蛛丝马迹。任何持续时间超过两秒的伽玛射线暴都被认为是"长脉冲"。这种爆发通常来自超新星的死亡，其质量至少是太阳质量的10倍--但并非总是如此。研究人员随后利用"双子座南"对GRB逐渐消失的余辉进行了长期观测，以进一步了解其起源。通过观测，天文学家们将GRB的位置精确定位在距离一个古老星系的核心不到100光年的区域，这使得它非常靠近该星系的超大质量黑洞。研究人员还没有发现相应超新星的证据，而超新星会在双子座南研究的光线上留下印记。洞察GRB的起源莱万说："我们的后续观测告诉我们，这次爆发并不是一颗大质量恒星的坍缩，而很可能是由两个紧凑的天体合并引起的。通过把它的位置精确定位到先前确定的一个古老星系的中心，我们首次获得了恒星走向灭亡的新途径的诱人证据。"双子座南望远镜是由美国国家科学基金会NOIRLab运营的国际双子座天文台的一半，从一个令人眩晕的高度可以看到双子座南望远镜的全部规模和偏远程度。双子座南望远镜位于海拔2715米（8900英尺）的CerroPachón山上，得益于当地稳定的大气条件。在背景中绵延的智利安第斯山脉之上，几乎可以感受到干燥的空气，这种空气可以减轻望远镜的"视力"。这张照片还拍摄到望远镜的8米镜面透过穹顶结构探出头来，这在白天是很不寻常的。图片来源：国际双子座天文台/NOIRLab/NSF/AURA/T.Matsopoulos在正常的星系环境中，中子星和黑洞等恒星残骸碰撞产生的长GRB被认为是非常罕见的。然而，远古星系的内核并不正常，可能有一百万甚至更多的恒星挤在一个只有几光年宽的区域里。这种极高的恒星群密度可能足以导致偶尔发生的恒星碰撞，尤其是在超大质量黑洞的巨大引力影响下，它会扰乱恒星的运动，使它们向随机方向飞去。最终，这些不听话的恒星会相交合并，引发巨大的爆炸，在遥远的宇宙空间都能观测到。这种事件有可能在宇宙中类似的拥挤区域经常发生，但直到现在才被人们注意到。它们之所以不为人知，一个可能的原因是星系中心充满了尘埃和气体，这可能会遮挡住GRB的初始闪光和由此产生的余辉。这次被确认为GRB191019A的GRB可能是一个罕见的例外，它让天文学家能够探测到这一爆发并研究其余辉。未来研究和影响研究人员希望发现更多有关这些事件的信息。他们希望能将GRB探测与相应的引力波探测相匹配，这将揭示更多关于这些事件的真实性质，并确认它们的起源，即使是在最阴暗的环境中。维拉-C-鲁宾天文台（VeraC.RubinObservatory）将于2025年投入使用，它在这类研究中将发挥不可估量的作用。莱万说："研究像这样的伽马射线暴是一个很好的例子，它说明了从探测伽马射线暴，到用双子座这样的望远镜发现余辉和距离，再到用整个电磁波谱的观测结果对事件进行详细分析，许多设施的合作确实推动了这一领域的发展。"国家科学基金会国际双子座天文台项目主任马丁-斯蒂尔（MartinStill）说："这些观测为双子座的丰富遗产增添了新的内容，加深了我们对恒星演化的理解。"这些时间敏感性观测证明了双子座天文台的灵活运作和对宇宙中遥远的动态事件的敏感性。"...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1379599.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1379599.htm

天文学家在我们的"宇宙后院"发现离地球最近的黑洞：盖亚BH1

天文学家在我们的"宇宙后院"发现离地球最近的黑洞：盖亚BH1盖亚BH1在天文学上距离地球足够近，以至于美国国家科学基金会的NOIRLab天文学中心认为它是"在我们的宇宙后院"。天体物理学家卡里姆-艾尔-巴德瑞（KareemEl-Badry）在NOIRLab周五的一份声明中说："虽然有很多人声称探测到了这样的系统，但几乎所有这些发现后来都被驳斥了。而这是第一次毫不含糊地探测到在我们银河系中围绕恒星质量黑洞的宽广轨道上的类似太阳的恒星。"与生活在星系中心的超大质量黑洞相比，恒星质量的黑洞是我们太阳质量的5到100倍。El-Badry是本周发表在《皇家天文学会月报》上的一篇关于黑洞的论文的主要作者。冗长的合著者名单表明这项研究是多么复杂和具有挑战性。找到这个黑洞是一个具有许多层次的科学胜利。这个天文学故事从欧洲航天局的盖亚空间观测站开始，该观测站正在对我们银河系的恒星进行编目。研究人员在Gaia数据中发现了一颗非常像我们太阳的恒星，它显示出一种独特的摆动，表明有东西在拉扯它。那东西原来就是休眠的黑洞。休眠黑洞很难被发现，因为它们没有大肆喧哗（就像黑洞被发现会"打饱嗝",喷射出吸入的内容物），它们只是安静地在一旁呆着。盖亚团队成员TinekeRoegiers周五在欧空局的一份声明中写道："能够发现这个黑洞的唯一原因是盖亚能够以如此高的精度看到（围绕它运行的）恒星的位置。当恒星围绕着黑洞移动时，这个位置就会晃动。"盖亚的发现只是一个开始。天文团队转向其他望远镜来观察这一发现。由夏威夷NOIRLab操作的双子座北方望远镜发挥了关键作用，让研究小组对盖亚发现的恒星的轨道进行了精确测量。El-Badry说："我们找不到任何合理的天体物理学方案来解释观察到的该系统的轨道，不涉及至少一个黑洞。"像这样的黑洞是由大质量恒星坍缩形成的，因此盖亚BH1和它的伴星组成了一个双星系统。该系统的形成和演变有点神秘。Roegiers将这个黑洞描述为"相当特别"，他说："它不同于所有其他已知的黑洞，它的存在很难用标准的双星演化模型来解释。"NOIRLab估计，银河系中可能有1亿个恒星质量的黑洞，尽管被证实的黑洞非常少。盖亚BH1的发现是朝着定位和了解那些没有向宇宙大声宣布其存在的安静黑洞迈出的重要一步。因此，盖亚BH1可能是对双星系统如何演变的新理解的开始。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1331871.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1331871.htm

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10:09PM

天文学家发现92亿光年外的神秘孤独星系

天文学家发现92亿光年外的神秘孤独星系与美国宇航局钱德拉X射线天文台和国际双子座天文台合作取得的这一结果可能会推动天文学家对星系在早期宇宙中增长速度的限制。在几个方面，3C297具有星系团的特质，一个包含数百甚至数千个单独星系的巨大结构。来自钱德拉的X射线数据显示，大量的气体被加热到数百万度--这是一个星系团的标志性特征。天文学家还发现了一个来自类星体的喷流--由卡尔-G-扬斯基甚大阵列看到--通过与周围环境的相互作用而弯曲。最后，钱德拉数据显示，有证据表明另一个类星体的喷流已经撞上了它周围的气体，形成了一个X射线的"热点"。这些都是星系团的典型特征。然而，双子座天文台的数据显示，3C297中只有一个星系。在双子座图像中出现的靠近3C297的19个星系，实际上是在很远的距离上。3C297星系被发现比预期的要孤独，这意味着它很可能已经拉进并吸收了它以前的同伴星系。3C297包含一个类星体，一个超大质量的黑洞在星系的中心拉扯气体，并驱动无线电波中看到的强大的物质喷流。来自钱德拉的X射线数据、来自卡尔-G-扬斯基甚大阵列的无线电数据和来自双子座的可见光数据表明，即使3C297的周围拥有星系团的许多特征，但除了一个星系之外，其他的都还在。在这个合成图中还有来自哈勃的可见光和红外数据。天文学家认为这最后一个大星系通过它的引力同化了其他的星系，并可能推动天文学家对星系在早期宇宙中成长速度的限制。在这个新的合成图像中，钱德拉的数据是紫色的，VLA的数据是红色的，双子座的数据是绿色的。来自哈勃太空望远镜的可见光和红外数据（分别为蓝色和橙色）也被包括在内。孤独的星系（3C297）和它的超大质量黑洞的位置在图像的标签版本中被识别出来，还有黑洞的喷流、X射线热点和热气。这张图片的视野太小，无法显示与3C297不在同一距离的19个星系中的任何一个。关于失踪的星系发生了什么的一个解释是，最大星系的引力，加上它们之间的相互作用，导致伴生星系坠落并被阿尔法星系同化。研究小组认为3C297最有可能是一个"化石群"，而不是一个星系团，这是一个星系演化的阶段，一个星系正在拉拢并与其他星系合并。如果是这样的话，3C297代表了迄今为止发现的最遥远的化石群。作者不能排除3C297周围存在矮星系的可能性，但是它们的存在仍然不能解释缺乏像银河这样的大星系。附近的例子是室女星团中的M87，它在数十亿年前就有大型星系的陪伴。然而，3C297基本上将独自度过数十亿年。这项新研究发表在2023年1月的《天体物理学杂志》上。早期的钱德拉观测只持续了三个小时，显示了新研究中看到的热气体的暗示，正如合著者ChiaraStuardi在2018年4月的《天体物理学报》增刊系列中发表的一篇论文中所报道的那样。然而，需要更深入的钱德拉观测来证实它。对3C297的钱德拉观测是在2021年4月和2022年8月共2.5天的时间内进行的。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1359363.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1359363.htm

天文学家可能发现迄今为止离地球最近的已知黑洞

天文学家可能发现迄今为止离地球最近的已知黑洞天文学家可能已经发现了一个怪物黑洞，它是已知的最接近地球的黑洞之一。据研究小组称，这个黑洞的质量相当于12个太阳，它被发现悄悄地潜伏在我们的后院。对于黑暗到光都无法从其中逃脱的天体来说，黑洞在墨色的黑暗空间中很难被发现并不令人惊讶。PC版：https://www.cnbeta.com/articles/soft/1329131.htm手机版：https://m.cnbeta.com/view/1329131.htm