张家港科技馆:神秘的中等质量黑洞终于现身了?哈勃望远镜捕获重要线索!

2020-04-10

黑洞是无比离奇的天体。1916年,德国科学家卡尔·史瓦西求得广义相对论爱因斯坦场方程的一个精确解,为黑洞的存在奠定了坚实的理论基础——任何物体只要被压缩到某个临界半径,就会坍缩成奇点,极端扭曲周围时空,形成强大引力场,使得一定范围内连光也无法逃脱。

从最初的理论推测,到之后的观测证实,尤其是去年人类史上首张黑洞照的问世,黑洞已不是传说,而是宇宙中一种真真切切的存在。

以质量来看,科学家将黑洞分为微型黑洞、恒星级黑洞、超大质量黑洞、中等质量黑洞,其中以恒星级黑洞和超大质量黑洞最为常见。

微型黑洞是理论上存在的质量极小的黑洞。它们可能创生于宇宙大爆炸或粒子加速器对撞实验。由于质量微乎其微,微型黑洞很快就会蒸发掉。我们目前尚未发现它们的踪迹。

恒星级黑洞由大质量恒星演化至生命末期发生超新星爆发,内核坍缩而成。它们的质量一般为太阳的5-10倍,但有些可能数十倍于太阳。

超大质量黑洞存在于各大星系中心,关系着整个星系的形成和演化,质量高达太阳的上百万甚至上百亿倍。比如,上文提及的银河系中心的超大质量黑洞人马座A*,质量超过太阳400万倍。

中等质量黑洞是质量介于恒星级黑洞和超大质量黑洞之间的一类黑洞。科学家坚信宇宙中存在中等质量黑洞,而且已经发现一些候选,但一直没有得到确切证据。

现在,美国宇航局NASA宣称,哈勃太空望远镜捕捉到了证实宇宙中存在中等质量黑洞的最佳证据。据天文学家推测,这个黑洞的质量约为太阳50000倍,它在手撕一颗靠得太近的恒星时,暴露了自己的踪迹。

研究人员先是在美国宇航局钱德拉X射线天文台和欧洲航天局的XMM-牛顿的观测数据中,发现一起强大的X射线耀斑。这个名为3xmmJ215022.4-055108的X射线源被认为是致密天体撕碎恒星产生的结果。

为了锁定3xmmJ215022.4-055108的位置,他们用哈勃太空望远镜展开跟进观测。结果表明,这个X射线源位于遥远星系边缘一个稠密的星团中。

要知道,稠密的星团正是中等质量黑洞最可能的栖居之所。更重要的是,研究人员基于X射线亮度和光谱形状估算出这个致密天体的质量约为太阳50000倍,是中等质量黑洞的绝佳候选。相比之下,之前一些中等质量黑洞候选的质量估测只用到了X射线亮度,这一次的结果要更可靠。

研究人员已经将相关成果发布在2020年3月31日的《天体物理学快报》上。接下来,他们希望能够发现更多潜伏在黑暗深空中的中等质量黑洞。

关于中等质量黑洞还有太多问题有待解决。比如,超大质量黑洞是从中等质量黑洞演化而来的吗?中等质量黑洞本身又是如何形成的?稠密的星团是中等质量黑洞普遍的栖身场所吗?

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