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哈勃第一次发现超大质量黑洞, 约7.5亿年前诞生, 或找到缺失环节

根据哈勃太空望远镜的数据,一个国际天文学家团队的天文学家已经在非常早期的宇宙中发现了一个不断增长的超大质量黑洞——当时宇宙只有 7.5 亿年的历史——这标志着第一次直接观察到黑洞成长为一个巨大的超大质量黑洞。

长期以来,理论和计算机模拟一直预测,在尘土飞扬的早期宇宙星系中存在快速增长的黑洞,在这些星系中可以形成恒星,但这个被称为GNz7q的黑洞是这个过程第一次得到证实,或能帮助科学家找到早期恒星形成星系和第一个超大质量黑洞之间的“缺失环节”。

超大质量黑洞是如何增长得如此之快的?

根据当下流行的宇宙模型,黑洞是在一颗大质量恒星耗??尽燃料后形成的,有时是由超新星引起的,有时是由超新星引起的,这被称为直接坍缩情景。一旦恒星没有燃料可以燃烧,它就不能再支撑它的质量并坍缩。如果这颗恒星的质量足够大,它将坍缩成一个具有巨大引力的物体,任何东西,甚至光都无法从中逃脱——黑洞。随着黑洞逐渐吸引越来越多的附近尘埃和气体,它的体积会变大,最终可能形成超大质量黑洞。

然而,科学家发现早期宇宙(当宇宙只有7亿年时)就已存在许多质量大约是太阳质量的 10 亿倍的超大质量黑洞,它们周围环绕着下落的物质盘,发出强烈的光芒,我们可以跨越巨大的空间和时间探测到它们。在宇宙历史的那个时刻,宇宙还是一个蹒跚学步的Baby。重力刚刚开始控制气体和暗物质云形成结构,这些结构后来演变成成熟的螺旋星系和椭圆星系。恒星开始出现,但它们的数量比今天少得多。

按照黑洞形成和增长的趋势,此时的宇宙根本就没有足够长的时间让黑洞的体积达到十亿个太阳质量。那如此巨大的黑洞是如何在宇宙历史上如此迅速地出现的呢?

到目前为止,关于超大质量黑洞形成的理论暗示有两个,一个是它发生在以非常快的速度形成恒星的星系的尘埃笼罩的核心——被称为“星暴(Starburst)”星系,另一个则是古老的类星体中孕育了超大质量黑洞的种子黑洞——10000 个太阳质量。

星暴星系!

所谓星暴星系,大体意思指的是恒星形成速度极快的星系(大约是正常星系的 10的3次方 倍),它们每年都会形成成千上万的新恒星。虽然星暴星系在当下十分罕见,但天文学家发现它们在早期宇宙中非常普遍。

那么,当我们自己的银河系新恒星形成的速度相对较慢时,为什么会形成星暴星系呢?最流行的理论是,当一个星系与另一个星系近距离相遇时,它就会进入星暴阶段。引力相互作用通过巨大的气体云发送冲击波,导致它们坍缩并形成恒星形成区域。这些创造了宇宙中一些最大的恒星——拥有超过 100 个太阳质量的怪物恒星。

这些大质量恒星的寿命很短,并以超新星的形式爆炸,向银河系中释放出更多的冲击波。这会产生连锁反应,在银河系中级联。在几百万年内,银河系正在以正常星系形成速度的数十甚至数百倍的速度形成恒星。然后当气体用完时,在大约 1000 万年之内,恒星形成的时期就结束了。

目前天文学家在宇宙中发现了数以千计的星暴星系,其中最着名的星暴星系之一是 M82,它位于大熊座,距离我们约 1200 万光年。哈勃太空望远镜在 2005 年对银河系进行了成像,发现在星暴核心中同时发生了 197 个巨大的恒星形成团,而且M82 的变化是由它与附近 M81 星系的引力相互作用驱动的。

快速增长的黑洞是超大质量黑洞的“先驱”?

通过哈勃数据,GNz7q 在大爆炸后仅 7.5 亿年就存在了。而且分析表明,GNz7q 是星暴星系尘埃核心中快速增长的黑洞的第一个例子,其时代接近宇宙中已知最早的超大质量黑洞。

与此同时,科学家发现物体 GNz7q 具有两种特性:星暴星系和类星体,其中类星体的光显示出尘埃变红的颜色。该物体似乎也缺少一些通常在高亮度类星体中可见的特征,这表明超大质量黑洞周围的吸积盘。这意味着不断增长的黑洞仍处于质量较小的阶段,但其行为和环境与模拟的预测相符。

另外GNz7q 的宿主星系正在以每年 1,600 个太阳质量的速度形成恒星,而 GNz7q 本身在紫外线波长下看起来很亮,但在 X 射线波长下却非常微弱。

一般来说,大质量黑洞的吸积盘在紫外线和 X 射线光下都应该非常明亮。但这一次,尽管该团队用哈勃望远镜探测到了紫外线,但即使使用最深的 X 射线数据集之一,X 射线也是不可见的。这些结果表明,X 射线起源的吸积盘的核心仍然是模糊的。而吸积盘的外部,即紫外光的来源,正在变得清晰。这种解释是 GNz7q 是一个快速增长的黑洞,仍然被其恒星形成宿主星系的尘埃核心所掩盖。

总而言之,GNz7q 的发现为我们在后期观察到的超大质量黑洞提供了一个前兆。一旦詹姆斯韦伯太空望远镜正常运行,我们就知道这些快速增长的黑洞到底有多普遍。

posted @ 22-05-06 01:05  作者:admin  阅读量:

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