(光學:NASA/ESA/Hubble/STScI;X 射線:NASA/CXC/UNH/D. Lin 等)
天文學家發現了他們認為極為罕見的宇宙現象:一種中等重量的物體事實證明它是如此難以捉摸,以至於研究人員認為它可能根本不存在。
宇宙中存在著幾種不同大小的黑洞類別。 有恆星質量黑洞。 這些都是造成碰撞的原因黑洞重力波偵測迄今為止,通常小於太陽質量或太陽質量的 100 倍。
然後還有超大質量黑洞。 它們潛伏在星系的中心,星系中的一切都圍繞著它們運作。 它們的下限在 100,000 個太陽質量的範圍內,但通常可以是數百萬或數十億個太陽質量。 人馬座 A*,銀河系中心的超大質量黑洞,約400萬太陽質量。
天文學家假設,在中間的某個地方——1,000到100,000個太陽質量——應該是另一種類型的黑洞。 然而,中等質量黑洞已被證明是難以捉摸的,有可能被偵測到目前尚無定論。
這導致一些天文學家假設這些所謂的“缺少連結」,被認為是它們超大品質兄弟姐妹的前身,但根本不存在。
但現在,由新罕布夏大學林大成領導的天文學家團隊捕捉了他們所說的迄今為止存在中間黑洞的最佳證據。
在來自 NASA 錢德拉 X 射線天文台、NASA Swift 衛星和 ESA XMM-Newton 軌道望遠鏡的數據中,他們發現了來自 7.4 億光年外星系邊緣的巨大多波長輻射耀斑。
該事件被命名為3XMM J215022.4?055108(或簡稱J2150?0551),於2003 年10 月開始,並在接下來的十年中逐漸減弱,與黑洞撕裂併吞噬恆星時觀察到的其他輻射耀斑相同。
(ESA/XMM-Newton;D. Lin 等人)
光子的分佈取決於黑洞的質量——這就是研究小組確定其大小的方式。
“這非常令人興奮:這種類型的黑洞以前從未被如此清晰地發現過,”林說。
“已經發現了一些候選黑洞,但總的來說,它們極其罕見,而且非常受追捧。這是迄今為止觀察到的最好的中等質量黑洞候選對象。”
然而,如果它們存在,為什麼很少見到它們呢? 一個中間黑洞的形成模型有一個合理的解釋。
A2004年論文提出密集星團的引力可能導致其中的恆星落向星團中心,形成一顆質量相當於數千個太陽的恆星。 然後它會在自身重量的作用下塌陷,形成一個中間黑洞。
但只有當恆星或氣體雲等物質主動落入黑洞時,黑洞才能被偵測到。 當其中一個星團形成黑洞時,它已經清除了其引力範圍內的區域,這意味著其附近沒有任何物質可供其吞噬,因此它不會發出輻射。
相應地,J2150?0551 是在星團的中心發現的。
“我們可以用來嘗試尋找中等質量黑洞的少數方法之一是等待一顆恆星靠近它並被破壞——這本質上再次‘激活’黑洞的胃口並促使它發射出我們可以觀察到的耀斑”林解釋道。
“以前只在星系中心清楚地看到過這種事件,而在外緣卻沒有。”
這項發現表明,也許還有更多的中間黑洞潛伏在星系的邊緣——它們只是處於休眠狀態,沒有任何恆星經過吃零食,所以我們不知道它們在那裡。
J2150?0551 也為研究人員提供了尋找更多難以捉摸的野獸-星團的地方。
「我們的模型目前類似於外星文明觀察地球並發現祖父母將孫子送到學前班的場景:他們可能會假設有某種中間物質適合他們的人類壽命模型,但如果沒有觀察到這種聯繫,就會有沒有辦法確定,”歐空局的諾伯特沙特爾說。
“這一發現非常重要,並且表明這裡採用的發現方法是一種很好的方法。”