哈勃在意外之地发现哥斯拉级黑洞

[ 录入者:gohomeman1 | 时间:2016-04-19 19:36:39 | 作者:gohomeman1 译 | 来源:哈勃官网 | 浏览:2677次 ]

原文标题:Behemoth black hole found in an unlikely place

原文作者:马中珮,Jens Thomas;Mathias Jäger;Donna Weaver,Ray Villard

来自:哈勃官网; 发表时间:2016.3.31

翻译:gohomeman1  审校:Linq(编译版权所有,未经许可请勿转载)

2015.4.6:想象一个小镇中,却挤满了100栋以上的摩天大厦。借助美国宇航局(NASA)和欧洲空间局(ESA)合作的哈勃太空望远镜,天文学家在太空中发现了类似的怪兽:一个接近创纪录的超大质量黑洞,竟然栖息在缺乏星系的宇宙死水区域!这个黑洞的质量竟然达170亿个太阳,而迄今为止,超大质量黑洞都发现于周边挤满了其他星系的大型星系中。这并非巧合,因为就像宇宙吃豆人游戏,超大质量黑洞通过星系合并时吞并相对较小的黑洞而成长。在大型星系团中,这种碰碰车游戏是极为普遍的。事实上,当前的超级黑洞纪录保持者为210亿个太阳质量,就位于离我们约3.3亿光年、拥挤的后发座星系团核心。

哈勃NICMOS拍摄的NGC 1600核心。大图:532KB,版权:NASA、ESA。

哈勃近红外成像和多目标光谱仪(NICMOS)拍摄的NGC 1600核心。广域大图来自第一代数字巡天项目(DSS),分别在蓝光、红光端成像。图中标出了距离和视距(就是张角为几分几秒)的比例关系。图中NICMOS的成像在1.60微米的近红外波段,摄于1998.11.10,曝光32分钟。NGC 1600位于波江座,天球坐标:赤经04时31分39.94秒,赤纬-05°05′10.5″。

天文学家发现了已经近乎破纪录的超超级黑洞,它有170亿个太阳质量(作为对比,我们巨大的银河系,其中心黑洞仅有400万个太阳质量,译注),却位于不可能的所在:宇宙中人烟稀少区域的星系中心。由哈勃太空望远镜和夏威夷双子北座望远镜协同进行的观测指出,这种哥斯拉级超级黑洞,可能比此前想象的更普遍。

迄今为止,最大质量的超级黑洞——质量超过100亿个太阳的级别,都发现于周围拥挤着大量星系的巨型星系中心。当前的超级黑洞纪录保持者为210亿个太阳质量,就位于充斥着千余星系、拥挤的后发座星系团核心。

发现团队领队、加州大学伯克利分校天文学家马中珮(Chung-Pei Ma,台裔,女)介绍说:“新发现的超大质量黑洞位于巨椭圆星系NGC 1600的核心,那里是一潭死水,只有20个左右星系的小星系群”。马中珮还是MASSIVE巡天项目的带头人,该项目研究本宇宙中最大质量的星系和黑洞(主要是本超星系团中,译注)。当然,在拥挤星系团的巨型星系中发现超级黑洞是合乎预期的——就像我们在曼哈顿的摩天大楼群中穿梭,而不太可能在宇宙的边塞小镇中发现它。

NGC 1600 周围的广域大图,星系很稀疏。其近邻,上方为NGC 1601,左方是NGC 1603。大图:819KB

马中珮接着说:“像NGC 1600这样大小的星系,大量存在于中等尺度的星系群中。我们估计这类星系群的数量,大约是壮观的后发座星系团数量的50倍(所包含的星系数量,也恰好为1/50,译注)。所以现在问题变成:‘这难道仅是冰山一角?’也许更多的怪兽级并未居住于曼哈顿的摩天大厦,却隐居在中西部平原的乡村大屋。”

研究者同时惊讶于发现的黑洞质量,10倍于他们预计的此等星系中该有的。基于哈勃此前的黑洞巡天成果,天文学家已经发展出了超级黑洞质量与宿主星系中央核球区恒星质量间的关系式——核球越大,黑洞质量也越大。但就NGC 1600相对稀疏的核球而言,超级黑洞的质量大得像哥斯拉怪兽似的。“就极大质量的黑洞而言,这个关系式看起来无效,黑洞质量占据了星系的一大部分,”马中珮继续说。

马中珮和她的团队发现的该超级黑洞,位于波江座方向,离地球约 2.09 亿光年。团队的研究报告发表在2016.4.6的《自然》期刊上,首席作者是马克斯-普朗克研究院地外物理研究所的Jens Thomas。

要解释这个黑洞的怪兽级质量,一个思路是它形成于星系合并还很频密的极早时期。当两个星系合并时,它们各自的中央黑洞习惯于迁移到新星系的中心,并互相绕转。落向双黑洞的恒星群,依据它们的速度和轨道,事实上会转移黑洞对的角动量,并获得足够的速度逸出核球区。这种引力相互作用的结果使双黑洞绕转速度降低、加速靠近,最终合并成一个更大的黑洞。接着,它继续通过吞噬因星系合并而大量落入核心的气体尘埃而变得更重。“要长如此骇人的质量,超级黑洞必须经历一个疯狂的饕餮阶段,吞食巨量的气体,”马中珮续道。

超级黑洞周围的星光示意图,连光也无法逃脱。大图:15.0MB

频繁的吞并消耗行为可能也是NGC 1600为何只有少量星系邻居的原因。它是其所在的小星系群的主星系,至少比周围其余的星系亮3倍(PDF报告中是8倍,译注),马中珮补充:“在其他星系群中,很少看到最亮星系和第2亮的之间有如此大的亮度裂隙。”

绝大部分的星系气体在很早以前的黑洞吞噬阶段已经消耗殆尽,那时下落的物质变成炽热的等离子体,星系成为耀眼的类星体。马中珮总结道:“现在,这个黑洞已经是沉睡的巨人,发现它的唯一方法是测量其周围恒星的速度,这些恒星受到黑洞引力的强烈影响。速度测量结果能为我们提供黑洞质量的范围估计。”

恒星运动速度测量由夏威夷莫纳克亚山上8米口径的双子北座望远镜实施,它的多目标光谱仪(GMOS)通过分析光谱,能测量该星系核心区3000光年内恒星的运动速度。其中的多数恒星现在能避免与黑洞发生近距离遭遇,但某些直线离开核球的恒星,猜测可能是冒险地过于靠近黑洞对而被抛离(此处原文是twin black holes,按理双黑洞早该合并了啊,译注)。

哈勃图像由近红外相机和多目标光谱仪(NICMOS,该相机安装于1997年,后曾故障,2002年修复)拍摄,支持双黑洞弹出恒星的想法。NICMOS图像显示,NGC 1600的核心异常暗淡,表明最中央的区域,恒星稀疏。这与标准的巨椭圆星系明显不同,它们的核心非常明亮。马中珮团队估计,被抛离核心区的恒星达400亿个太阳质量,相当于我们整个银河系盘面的恒星质量。

Tags:NGC1600 超级黑洞

责任编辑:gohomeman1

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