科学家发现了地方宇宙中最大的黑洞

这个黑洞以将近400亿倍太阳的质量,打破了历史记录。

在距我们7.4亿光年外的星系中,存在着一个奇怪的现象。Holm15A是组成Abell 85星系团中的其中一个星系。它是Abell 85中最亮的一个星系,也是宇宙角落里最亮的一个。但在它的中间存在一片黑暗区域,表面亮度很低——这是两个超大质量的黑洞发生碰撞后的特征。

那片黑暗区域现在正逐渐变亮。Holm 15A的中心是一个巨大的黑洞。它相当于400亿个太阳的质量,相比之下,银河系中心的黑洞人马座A*(400万个太阳质量)就显得微不足道了。事实上,它的出现让银河系附近所有的黑洞都相形见绌。

人马座黑洞 图源:stdaily

“在我们所处的当地宇宙中,黑洞是通过直接、精准的动态检测到的最庞大的一种物质”,研究的作者和马克斯·普朗克研究所研究员Roberto Saglia说到。

《天体物理学杂志》上将发表一项关于这个庞大黑洞的研究,并在ArXiv上预印。


深入黑暗之地

这项研究之所以浮出水面是因为,当天文学家观察Abell 85的时候,发现了Holm 15A星系中的暗斑。很奇怪的是,Holm 15A有2万个亿太阳的质量。基本上,它是明亮的。

美国国家航空航天局(NASA)钱德拉(Chandra)观察到的Abell 85星系团。

“根据过去的研究,庞大的星系有这样低亮度的中心表面,通常是两个超大质量黑洞发生合并的特征;因此,当我们注意到Holm 15A表面的亮度分布时,我们意识到只有它存在一个巨大的中心黑洞才会产生这样的效果”,Saglia说。

Holm 15A 图源:phys

利用温德尔斯坦天文台的光度数据和星系中心区域的光谱测量数据,天文学家们能够监测到黑洞周围恒星的移动速度。Saglia说,恒星的移动速度由黑洞引力决定,这都是计算黑洞质量所需要的数据。

“通过这些数据,以及牛顿定律,我们可以推测出黑洞的质量”Saglia说,“这个巨大的黑洞占据了整个银河系总质量的2%,它的研究价值不可估量。”


星系进化

如此低暗的中心违反了银河系的另一特征:它可能由两个小一些的星系形成,并在它们各自的中心分别有一个超大质量的黑洞,Saglia说。

星系合并 图源:Public Domain Pictures

随着星系间的融合,导致星系中心的黑洞变得更加庞大-并随着自身质量的增大而越来越大,从中心会排出越来越多的恒星。Saglia的团队认为,这是一个“核心搜索”过程。基本上,恒星会被星系中的黑洞所牵制。

Holm 15A是最亮、最大的恒星质量星系,为此科学家们已经收集了许多测量数据。但研究小组认为,找到黑洞质量与表面亮度之间的关系回有助于他们研究星系甚至宇宙中更遥远的黑洞。如果这种方法行得通,或许不久就能揭开Holm 15A的神秘面纱。

以下部分原网页中未见

结合超大望远镜观测和路德维希·马克西米利安斯大学温德尔斯坦天文台的数据,科学家们以星系中心附近的星体运动为基础,对黑洞进行质量估计。能够确定的是,这些数据的确揭示了一个400亿个太阳质量的黑洞,使它成为迄今为止在我们可观察到的宇宙部分中最大型的黑洞。

黑洞 图源:zhuanlan.zhihu

马克斯·普朗克外星物理研究所(MPE)和慕尼黑大学的研究负责人詹斯·托马斯(Jens Thomas)说:“我们只有几十个关于超质量黑洞的直接测量数据,并且此前从没有在这样的距离下尝试测量。”

科学家们同时发现,其内核光剖面十分平坦,这意味其中心的恒星由于之前的星系合并,可能被驱逐出去了。这是因为当星系间发生碰撞,其中心黑洞的巨大引力会将银河系中心的恒星弹射出去。直到银河系中心不再有多余的气体来产生的新的恒星,核心才会耗尽。

简单来说,研究人员用计算机模拟了当星系发生合并时,星系的中心驱逐界限与黑洞质量间的联系。基本上,每次合并,星系都会失去它中心的恒星,同时黑洞的质量变得更大。

据研究人员表示,当无法获得黑洞附近的恒星运动的直接测量数据时,此项研究结果结果可以用于远距离黑洞的质量估算。

作者:Claire Cameron

FY:墨菲

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