揭秘！超大質(zhì)量黑洞！

坍縮的氣體云最終能形成黑洞么？

x射線所能觀測到的最遙遠的超大質(zhì)量黑洞

難以置信，天文學(xué)家在一個小星系中觀測到了一個宇宙大爆炸發(fā)生4.7億年后形成的超巨大黑洞。

天文學(xué)家利用宇航局兩臺天文望遠鏡觀測到一個破紀錄的黑洞，這個黑洞是目前X射線能觀測到的踞地球最遠的黑洞。圖中顯示的是Abell 2744星系團和遙遠的UHZ1星系，它形成于宇宙大爆炸后僅4.7億年。插圖由錢德拉X射線天文臺和詹姆斯韋伯太空望遠鏡拍攝。藍光來自星團中高溫氣體以及UHZ1中心黑洞周圍高溫氣體釋放的X射線。

(圖片來源:x射線:NASA/CXC/SAO/ákos Bogdán;紅外線:NASA / ESA / CSA /太空望遠鏡科學(xué)研究所;圖像處理:NASA/CXC/SAO/L。Frattare和K. Arcand)。

這個新發(fā)現(xiàn)的黑洞打破了黑洞史上的記錄，揭示了巨大黑洞的形成過程。

兩臺太空望遠鏡聯(lián)合觀測這個質(zhì)量足有其所在星系總體質(zhì)量之和的黑洞。這是一個早期星系，大約在138億年前宇宙大爆炸發(fā)生后的4.7億年左右形成。這個黑洞提供了一個明顯的線索，昭示了這個星系中心的超巨大黑洞是如何形成的。黑洞是密度極大的天體，它擁有極強的引力，以至于連靠近它的光線都無法逃脫。這顆新發(fā)現(xiàn)的黑洞打破了以往記錄，它是X射線所能觀測到的距地球最遠的黑洞。宇航局的詹姆斯韋伯太空望遠鏡和錢德拉X射線天文臺的觀測結(jié)果成功地捕捉到了黑洞前所未見的成長階段。

JWST首次發(fā)現(xiàn)了這個宇宙早期星系的微弱光線，并將其命名為UHZI。這個星系的質(zhì)量大約是太陽系的1.4億倍。受引力透鏡效應(yīng)影響，前景星系團Abell2744的引力放大了UHZI的光，使得JWST能夠觀測到這個星系。

錢德拉X射線天文臺對UHZI星系開展了為期兩個星期的跟蹤觀察，發(fā)現(xiàn)了遙遠星系的強大x射線，這些X射線來自星系中心超大質(zhì)量黑洞引力場中旋轉(zhuǎn)的氣體盤。

“我們用詹姆斯韋伯望遠鏡發(fā)現(xiàn)了這個十分遙遠的星系，用錢德拉X射線天文臺發(fā)現(xiàn)它中心的超大質(zhì)量黑洞，”哈佛-史密森天體物理中心的ákos Bogdán在星期一(11月6日)的聲明中這樣說。Bogdán是《自然天文學(xué)》前一篇關(guān)于黑洞論文的主要作者，該論文描述了X射線觀測和黑洞的特征，研究主要基于錢德拉X射線天文臺和詹姆斯韋伯望遠鏡的觀測數(shù)據(jù)。

根據(jù)X射線的亮度和強度來判斷(x射線與黑洞引力的強度有關(guān))，黑洞的質(zhì)量是太陽質(zhì)量的數(shù)千萬到數(shù)億倍，相當(dāng)于其母星系的質(zhì)量。

1999年7月23日，航空航天局將錢德拉x射線天文臺和它上層空間望遠鏡部署到軌道上。(圖片來源:航空航天局）

然而，相較于其他星系而言，UHZ1星系還是相當(dāng)小的。星系形成模型描述了它們?nèi)绾螐某跗诤苄〉臓顟B(tài)，然后通過與其他星系或巨大的星系間氣體云合并而成長。天文學(xué)家至今仍不清楚這個超大質(zhì)量黑洞是如何形成的。

目前有兩種備選理論可以解釋超大黑洞的成因。一種理論認為超大黑洞是由恒星爆炸時恒星之間快速合并形成的。另一種理論則認為，當(dāng)質(zhì)量為太陽1萬到10萬倍的氣體云坍縮直接形成超大質(zhì)量黑洞。

新的研究表明，新發(fā)現(xiàn)的黑洞在誕生之初就非常巨大，天文學(xué)家通過計算x射線的亮度和能量，估算出其質(zhì)量大約是太陽的1000萬到1億倍。

“黑洞形成之后的生長速度受物理極限影響，但那些出生時質(zhì)量更為巨大的黑洞則有領(lǐng)先優(yōu)勢。這就像種一棵小樹苗，從一棵大樹開始比從一顆種子開始所需的時間要短得多?！逼樟炙诡D大學(xué)的安迪·古爾丁說。古爾丁是《天體物理學(xué)雜志通訊》9月22日發(fā)表的一篇論文的主要作者，該論文描述了星系的距離和質(zhì)量，也是《自然天文學(xué)》新論文的合著者。

宇航局的哈勃和錢德拉太空望遠鏡可能面臨預(yù)算削減:報告

——哈勃望遠鏡所拍攝的船底座星云，散發(fā)出迷人的光芒（照片)

耶魯大學(xué)理論天體物理學(xué)家Priyamvada Natarajan 研究認為，x射線的亮度和能量處于通過計算得出的預(yù)測范圍之內(nèi)。通過計算和觀測，可以得出結(jié)論：這個超大黑洞直接由氣體云坍縮形成。

Natarajan在同一份報告中說:“這是天文學(xué)家首次探測到的超大質(zhì)量黑洞，也是迄今為止最好的證據(jù)，能夠證明某些黑洞是由巨大的氣體云塌縮形成的。”“這是也是我們第一次觀測到黑洞形成過程中一個十分短暫的時期，在黑洞完全形成之前，一個超大質(zhì)量黑洞的重量和它所在星系中的恒星總和相當(dāng)?！?/p>

在大多數(shù)現(xiàn)代星系中，超大黑洞的質(zhì)量僅為其母星系的十分之一。同時，黑洞的質(zhì)量與螺旋星系中心凸起處恒星質(zhì)量有關(guān)，也可能與橢圓星系的質(zhì)量總和有關(guān)。觀測一個處于成長期的活躍的黑洞，其觀測結(jié)果揭示了黑洞質(zhì)量與母星系質(zhì)量之間的相關(guān)性。無論如何，UHZ1星系還會繼續(xù)成長，其成長速度將超過星系中黑洞的成長速度。

BY:Keith Cooper

FY: 萬琳

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