天文学家实时观测黑洞的苏醒

天文学家实时观测黑洞的苏醒 2019 年末，此前不显眼的室女座星系 SDSS1335+0728 突然变得明亮许多。天文学家随后利用太空和地面望远镜跟踪了其亮度变化。根据发表在《Astronomy & Astrophysics》期刊上的研究，天文学家认为我们正在实时目睹一个超大质量黑洞的苏醒。超新星爆发等天文现象会让星系变得明亮，但通常只会持续几十天，最多数百天，而 SDSS1335+0728 的变亮持续至今，已有四年多时间，还在越来越亮。该星系距离地球 3 亿光年，2019 年 12 月加州 Zwicky Transient Facility 天文台观测到了它突然变亮，后续观测发现其中红外波长亮度增加了一倍，紫外线亮度增加了四倍，X 射线范围亮度至少增加 10 倍。变亮原因被认为是“活跃星系核”的形成，即星系中心的巨大黑洞在消耗周围的物质。 via Solidot

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

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：

麻省理工学院天文学家发现18个吞噬附近恒星的黑洞

麻省理工学院天文学家发现18个吞噬附近恒星的黑洞 天文学家通过寻找光学和 X 射线波段的特征爆发，探测到了以前发生过的潮汐破坏事件。迄今为止，这些搜索已经揭示了附近宇宙中大约十几个恒星粉碎事件。麻省理工学院研究小组新发现的潮汐扰动事件比宇宙中已知的潮汐扰动事件多了一倍多。研究人员通过一个非常规波段：红外线发现了这些以前"隐藏"的事件。除了发出光学和X射线暴之外，TDEs还能产生红外辐射，尤其是在"多尘"星系中，在这些星系中，中心黑洞被星系碎片所笼罩。这些星系中的尘埃通常会吸收和遮蔽光学和X射线光，以及这些波段中的任何TDEs迹象。在此过程中，尘埃也会升温，产生可探测到的红外辐射。研究小组发现，红外线辐射可以作为潮汐扰动事件的标志。通过红外波段的观察，麻省理工学院的研究小组在以前隐藏着此类事件的星系中发现了更多的TDEs。这 18 个新事件发生在不同类型的星系中，分散在整个天空中。麻省理工学院的科学家们发现了18个新的潮汐扰动事件（TDEs）即附近恒星被潮汐卷入黑洞并被撕成碎片的极端情况。这些发现是附近宇宙中已知 TDEs 数量的两倍多。图片来源：研究人员提供，经《麻省理工新闻》编辑第一作者、麻省理工学院卡弗里天体物理学和空间研究所研究生梅根-马斯特森说："这些来源中的大多数并没有在光学波段中显示出来。如果想从整体上了解TDEs，并用它们来探测超大质量黑洞的人口结构，就需要在红外波段进行观察"。"麻省理工学院的其他作者包括 Kishalay De、Christos Panagiotou、Anna-Christina Eilers、Danielle Frostig 和 Robert Simcoe，以及麻省理工学院物理学助理教授 Erin Kara，还有来自德国马克斯-普朗克地外物理研究所等多个机构的合作者。热量峰值研究小组最近通过红外观测发现了距离最近的 TDE。这一发现为天文学家寻找主动觅食的黑洞开辟了一条基于红外线的新途径。这一首次发现促使研究小组开始寻找更多的 TDE。在新的研究中，研究人员搜索了NEOWISENASA宽视场红外巡天探测器的更新版所拍摄的档案观测数据。这颗卫星望远镜于 2009 年发射升空，在短暂的停顿之后，它继续扫描整个天空，寻找红外线"瞬变"或短暂爆发。研究小组利用合著者 Kishalay De 开发的算法查看了任务的存档观测数据。该算法能从红外辐射中找出可能是红外辐射瞬时爆发迹象的模式。然后，研究小组将标记的瞬态辐射与 200 兆帕/秒（或 6 亿光年）范围内所有已知附近星系的星表进行交叉对比。他们发现，红外线瞬变可以追溯到大约 1000 个星系。然后，他们放大了每个星系的红外线爆发信号，以确定该信号是否来自TDE以外的其他来源，如活动星系核或超新星。在排除了这些可能性之后，研究小组又对剩余的信号进行了分析，寻找一种具有TDE特征的红外线模式即一个急剧的尖峰之后是一个逐渐下降的过程，这反映了黑洞在撕裂恒星的过程中突然将周围的尘埃加热到大约1000开尔文，然后逐渐冷却下来的过程。这项分析发现了 18 个"干净"的潮汐扰动事件信号。研究人员对发现每个潮汐破坏事件的星系进行了调查，发现它们发生在整个天空的一系列星系中，包括尘埃星系。马斯顿说："如果你仰望天空，看到一堆星系，那么TDE就会有代表性地出现在所有星系中。这并不是说，它们只出现在一种类型的星系中，而人们只是根据光学和X射线的搜索结果这么认为的"。"哈佛大学天文学教授埃多-伯杰（Edo Berger）说："现在我们有可能透过尘埃，完成对附近TDE的普查。这项工作特别令人兴奋的一点是，大型红外巡天观测的后续研究潜力巨大，我很期待看到它们会有什么发现"。"扩大对潮汐扰动事件的了解研究小组的发现有助于解决潮汐扰动事件研究中的一些重大问题。例如，在这项工作之前，天文学家主要是在一种星系中看到潮汐破坏现象一种"后星爆"星系，这种星系以前是恒星形成工厂，但后来沉寂了下来。这种星系类型非常罕见，天文学家们感到困惑的是，为什么TDEs似乎只在这些罕见的星系中出现。碰巧的是，这些星系也相对缺乏尘埃，因此TDE的光学或X射线辐射自然更容易被探测到。现在，通过红外波段的观察，天文学家能够在更多的星系中看到TDEs。研究小组的新成果表明，黑洞可以吞噬一系列星系中的恒星，而不仅仅是后星爆星系。这些发现还解决了一个"能量缺失"的问题。物理学家从理论上预测，TDE 辐射的能量应该比实际观测到的更多。但麻省理工学院的研究小组现在说，尘埃可能可以解释这种差异。他们发现，如果TDE发生在多尘星系中，尘埃本身不仅会吸收光学和X射线辐射，还会吸收极紫外线辐射，其吸收量相当于推测的"缺失能量"。这18次新的探测还有助于天文学家估算特定星系中发生潮汐破坏事件的频率。当他们把新的 TDE 与之前的探测结果相比较时，他们估计一个星系每 5 万年就会发生一次潮汐破坏事件。这个频率更接近物理学家的理论预测。通过更多的红外观测，研究小组希望能够解析潮汐破坏事件的发生率，以及引发潮汐破坏事件的黑洞的特性。卡拉说："人们对这些谜题提出了非常奇特的解决方案，而现在我们已经到了可以解决所有谜题的地步。这给了我们信心，我们不需要所有这些奇异的物理学来解释我们所看到的一切。我们对恒星如何被黑洞撕裂和吞噬背后的力学原理有了更好的了解。我们正在更好地理解这些系统。"编译来源：ScitechDaily ... PC版： 手机版：

天文学家获得NASA资金支持 将跟踪超大质量黑洞合并产生的电磁信号

天文学家获得NASA资金支持 将跟踪超大质量黑洞合并产生的电磁信号 RIT 数学与统计学院特聘教授兼计算相对论与引力中心主任 Manuela Campanelli 将在数学与统计学院教授 Yosef Zlochower 的帮助下领导该合作项目。该项目还将包括来自爱达荷大学、约翰霍普金斯大学和戈达德太空飞行中心的研究人员。研究小组将把天体物理学知识与最先进的模拟相结合，研究双黑洞系统周围的气体流动。这些模拟的主要目标是准确预测与这些双黑洞相关的光信号，这对于识别和理解这些神秘的宇宙事件至关重要。这些发现将为星系的形成和演化提供有价值的见解，并为天文学的进步做出重大贡献。RIT 的科学家获得了美国国家航空航天局（NASA）的资助，通过创建有助于识别和理解宇宙事件的高级模拟来研究超大质量黑洞。这幅可视化作品是该团队早期工作的一部分。资料来源：Lorenzo Ennoggi 和 Jay Kalinani/RIT坎帕内利解释说："这个项目旨在推动我们对在合并星系核心相互螺旋撞击的超大质量黑洞的理解向前迈进一大步。我们团队的综合专业知识将为新发现铺平道路。"这项研究将对理解宇宙演化产生深远影响，并将在识别和定位超大质量黑洞双星方面发挥关键作用。先进的模拟和世界上最大的超级计算机将为研究提供支持。洛伦佐-恩诺吉（Lorenzo Ennoggi）是天体物理科学与技术专业的博士生，他也是 RIT 团队的一员。恩诺吉说："我们已经开发出所有必要的工具来进行这些极具挑战性的模拟，我们已经准备好开始调查。这是一个尚未开发的领域，因此无论我们发现什么，都将是全新的。"研究星系碰撞时黑洞是如何合并的，将有助于科学家进一步了解星系是如何形成和演化的。通过重点研究气体和物质在星系合并的不同阶段被吸入黑洞时的行为，研究小组的目标是创建迄今为止最准确、最真实的光信号预测。编译来源：ScitechDaily ... PC版： 手机版：

远古耀斑的回声：天文学家揭秘银河系的"安静怪物"Sgr A*

远古耀斑的回声：天文学家揭秘银河系的"安静怪物"Sgr A* Sgr A*是距离地球最近的超大质量黑洞，距离地球26000光年。由于黑洞强大的引力，研究附近的环境非常困难。它扭曲了附近天体的视线，使它们难以被观测到。不过，通过观察黑洞耀斑对附近分子云的影响，还是有办法做到这一点的。天文学家最近发现了数百年前未知耀斑的回声，这些耀斑早在有望远镜观测之前就已经发生了。这些回声表明，Sgr A* 吞噬物质的频率相当高。密歇根州立大学研究员格蕾丝-桑格-约翰逊（Grace Sanger-Johnson）通过筛选十年来的 X 射线数据，从银河系中央超大质量黑洞Sgr A* 发现了九个以前未被发现的 X 射线耀斑。这张十多年前公布的 NASA 图像显示了一个 X 射线耀斑的例子。图片来源：NASA/JPL-Caltech密歇根州立大学的两位研究人员格雷斯-桑格-约翰逊和杰克-尤特详细研究了耀斑及其光回波。他们的发现表明，在非常遥远的过去，当Sgr A*摄取物质时，Sgr A*曾有过活动。该活动产生的X射线辐射从Sgr A*经过数百年的传播，反弹到附近的分子云并使其变亮。这产生的光回波又经过了大约26000年才到达地球。因此，当 Uteg 和 Sanger 研究这些耀斑和光回波时，他们实际上是在观察过去。利用 NuSTAR 搜寻 Sgr A* X 射线耀斑桑格-约翰逊分析了十年来的数据，寻找Sgr A*的饮食习惯所产生的X射线耀斑。在搜索过程中，她又发现了九次此类爆发的证据。耀斑通常非常引人注目。由于耀斑非常明亮，天文学家有机会研究黑洞周围的直接环境。桑格-约翰逊研究的数据来自NuSTAR 任务。它的目标是高能 X 射线和伽马射线辐射。这些辐射通常来自星系中心的活跃区域、超新星爆炸和其他活跃事件。桑格-约翰逊收集和分析的数据现已成为Sgr A耀斑的数据库。"我们希望通过建立这个Sgr A耀斑数据银行，我们和其他天文学家能够分析这些X射线耀斑的特性，并推断出超大质量黑洞极端环境内部的物理条件，"桑格-约翰逊说。天文学家确实从其他观测中了解到 Sgr A* 星的爆发。这是美国国家航空航天局的成像 X 射线极化探测器和钱德拉 X 射线天文台的观测结果。IXPE和钱德拉数据的结合帮助研究人员确定，在分子云中发现的X射线光来自人马座A*大约200年前的一次爆发。资料来源：钱德拉：NASA/CXC/SAO；IXPE：NASA/MSFC/F.Marin et al; Sonification Credit: NASA/CXC/SAO/K.Arcand, SYSTEM Sounds (M. Russo, A. Santaguida)追踪耀斑的回声在桑格-约翰逊研究NuSTAR数据的同时，本科生研究员杰克-尤特格（Jack Uteg）也在研究黑洞周围的活动。他分析了一个被称为"桥"的巨型分子云20年来的数据。这些数据来自NuSTAR和欧洲航天局XMM-牛顿天文台的观测。桥"靠近 Sgr A*，通常不会发出自己的光。因此，当它在X射线中变亮时，天文学家们就注意到了。他说："我们看到的亮度很可能是Sgr A*去X射线爆发的延迟反射。我们在 2008 年左右首次观测到亮度的增加。然后，在接下来的12年里，来自大桥的X射线信号持续增加，直到2020年达到峰值亮度。"Uteg 的工作帮助天文学家确定了 Sgr A* 在 X 射线中比现在亮大约五个数量级。这种变亮表明我们的中央超大质量黑洞很可能吞噬了附近的气体云，亮度还揭示了其他特性。他说："我们关注这团气体云变亮的一个主要原因是，它能让我们确定过去 Sgr A* 爆发的亮度。"NuSTAR 航天器示意图，该航天器有一根 30 英尺（10 米）长的桅杆，将光学模块（右）与焦平面上的探测器（左）隔开。这种分隔对于探测 X 射线的方法来说是必要的。资料来源：NASA/JPL-加州理工学院Sgr A*的光回声揭示了什么？得益于它们的工作，天文学家有了另一种方法来解决在黑洞周围观测的困难。她说："耀斑和焰火都能照亮黑暗，帮助我们观测到通常无法观测到的东西。这就是为什么天文学家需要知道这些耀斑发生的时间和地点，这样他们就可以利用这些光来研究黑洞的环境。"天文学家们知道黑洞会不定期地吞噬附近的物质，但这些发现有助于他们确定黑洞吞噬物质的频率，以及由此产生的耀斑对附近邻域的影响。MSU 助理教授张硕（Shuo Zhang）是这两项研究的团队负责人，他表示，关于这些耀斑发生的频率以及过去发生过多少耀斑，还有很多问题。张说："这是我们第一次为我们的超大质量黑洞周围的分子云构建了一个长达24年的变异性，这个分子云已经达到了它的X射线光度峰值。它使我们能够了解到 Sgr A* 在大约 200 年前的活动情况。我们在MSU的研究团队将继续这种'天体考古游戏'，进一步揭开银河系中心的神秘面纱。"MSU 团队的这些工作成果在美国天文学会 2024 年夏季会议上做了介绍。改编自最初发表在《今日宇宙》上的一篇文章。编译来源：ScitechDaily ... PC版： 手机版：