pi 70亿光年外传来超级大爆炸,8颗太阳质量瞬间消失,细节令科学家困惑( 七 )
析,人们依然可以得到很强的相关性,同样呈对数线性关系。这很可能揭示了动力学系统演化中的某种普适性质。
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球状星团 (globular cluster) 可以由上百万颗恒星因引力束缚而形成的球状体系。本光学图片是球状星团杜鹃座47(NGC 104),被认为中心存在一个2200倍太阳质量的黑洞,但对该星团中的射电脉冲星的长期观测数据似不支持黑洞存在。丨图源:Dieter Willasch (Astro-Cabinet)第二类是极亮X射线源(Ultraluminous X-ray Sources,简称“ULXs”),这类天体亮度超过10^39 erg/s(相当于1秒钟释放的能量大于10^32J——约20亿亿个原子弹释放的能量),远远超过一般银河系X射线双星的亮度,并且不在星系动力学中心。究其本源,一种可能的解释就是中等质量黑洞存在,原因在于它的亮度超过恒星级黑洞的爱丁顿极限(Eddington limit),而恒星级黑洞的爱丁顿极限也就在10^39 erg/s量级。所谓爱丁顿极限是指恒星或吸积盘理论上所达的最大亮度,此时光子向外的辐射压力与物质引力平衡。如果亮度更高,即辐射压更强,则物质吸积停止,辐射压力向外驱动物质形成星风会把恒星外层吹走,对吸积盘来说也不再有吸积过程,因此也就不存在黑洞了。
另一方面,天文学家也排除了射线源是超大质量黑洞。主要原因在于它不在星系中心,否则在形成过程中会与中心的超大质量黑洞相互引力吸引,最终并合,可是根本没有发现到这一过程应释放出的强烈信号。通过实测与模拟,慢慢吞噬物质的中等质量黑洞成为合理的解释,比如恒星黑洞双星系统,黑洞吸积恒星的物质;或是在极端情况下快速吸积物质的恒星级质量黑洞。不过后来更多的观测显示,许多著名的ULX更有可能是脉冲星。
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NGC 5408 X-1的艺术想象图。该源曾被认为是中等质量黑洞最佳候选者,由中等质量黑洞和恒星组成的双星系统。丨图源:NASA第三类,也是目前最有希望找到中等质量黑洞的是矮星系(Dwarf galaxy)中心。相较于银河系的数千亿恒星,矮星系的规模显得渺小许多,大概组成从数千到几十亿颗恒星不等。既然已经能确定星系中心都拥有超大质量黑洞,那么矮星系中心会有个头小一点的黑洞吗?通过不断观测分析,天文学家认为确实是有的。
2006年,天文学家发现一个强烈的X射线耀斑(被命名为3XMM J215022.4?055108),当时还不能确定来自我们银河系内还是系外,理论表明可能是一颗恒星靠近引力强大的致密天体后被吞噬所导致X射线爆发,或者是银河系内的一颗中子星,正处于爆发后的冷却阶段。今年3月,美国新罕布什尔大学林达成团队发表最新的结果,他们利用哈勃望远镜找出了它的确切方位,射线源来自银河系外一个致密的星团,可能是一个低质量矮星系的核心。他们利用哈勃和XMM-牛顿卫星同时进行了光学和X射线波段的观测,排除了射线源是中子星的可能。射线源最佳解释是一个5万倍太阳质量的黑洞。美国航空航天局(NASA)宣称,这是哈勃空间望远镜发现中等质量黑洞的最佳证据。
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哈勃空间望远镜的高级巡天相机拍下了射线源的位置,白色圆圈标记了3XMM J215022.4?055108所在位置。丨图源:NASA/ESA/D. Lin此前天文学家在透镜状星系ESO 243-49边缘发现过一个周期性爆发的X射线源,亮度高达到10^42 erg/s,因此得名HLX-1(Hyper-Luminous X-ray source 1 - 超亮x射线源 1)。此前认为HLX-1是一个500倍太阳质量的黑洞,位于一个蓝色致密矮星系(BCD galaxy,由大量年轻的大质量恒星组成,呈现蓝色)的中心,该星系与大星系ESO 243-49碰撞并合导致矮星系的恒星被黑洞吞噬,导致X射线爆发。后来我国学者分析了6年的雨燕空间卫星(Neil Gehrels Swift Observatory)的监测数据,从爆发的规律分析推测可能是双星系统,其中包含一个几千倍太阳质量的黑洞。
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哈勃空间望远镜-宽视场望远镜3所摄。白色圆圈里面的蓝色小点即ESO 243-49,HLX-1所在位置丨图源:NASA/ESA中等质量黑洞的候选者不少,可是难见真身,毕竟除了引力波的相对直接探测,黑洞只能通过周围星体运动或吸积释放的X射线、喷流等间接观测。
“夜空中最亮的星,能否听清……”《流浪地球》的片尾曲,唱尽了人的孤独,也唱出宇宙无垠,而且有科学道理。关于黑洞的各种问题,只待未来更多观测事件才能告诉我们相对确切的答案。
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