(光學:NASA/ESA/Hubble/STScI;X 射線:NASA/CXC/UNH/D. Lin 等)
是偷偷摸摸的。它們潛伏在黑暗中,不會發出任何可偵測到的輻射,因此很難被發現。但它們有一個弱點:它們的食量極度混亂。這種傾向使天文學家能夠將一些難以捉摸的東西歸零:「缺失的環節」中量級。
2006 年觀測到的巨大 X 射線耀斑被懷疑是中等質量黑洞(質量是太陽的 50,000 倍)撕裂併吞噬一顆恆星時的溢出物。透過消除主要的競爭假設,研究人員現在確信他們是在正確的軌道上,這是一件大事。
即使在最好的時候,黑洞也是神秘的。因為它們不發光,所以我們看不到它們,我們必須根據它們對周圍事物的影響來測量它們的特性 - 無論是繞軌道運行的物體,或者他們實際上正在累積的東西,一個生成的過程大量的熱和光。
但中等質量黑洞卻增加了神祕的賭注。因為雖然我們已經發現了非常棘手的恆星質量黑洞(高達太陽質量的 100 倍)和非常堅固的超大質量黑洞(超過太陽質量的 100,000 倍,儘管他們可以變得更大),事實證明,兩者之間的重量級別極其難以捉摸。
我們已經有提示中等質量黑洞在那裡,但沒有任何定論。據作者稱,這篇新論文是迄今為止最好的證據。
該證據取決於一個名為 3XMM J215022.4−055108(或簡稱 J2150−0551)的巨大 X 射線耀斑。雖然這場燈光秀已經持續了三年,但在2006 年,兩台強大的X 射線太空望遠鏡首次探測到了耀斑——美國宇航局的錢德拉X 射線天文台和歐洲航天局的X 射線多鏡任務(XMM-牛頓) )。
(NASA、ESA 和 D. Lin(新罕布夏大學)
2018年,新罕布夏大學物理學家、天文學家林大成及其同事發表了一篇基於這些望遠鏡觀測的論文。他們得出的結論是,耀斑很可能是中等質量黑洞吞噬恆星時噴出的輻射。
現在,林和他的團隊已經獲得並分析了 XMM 牛頓和哈伯太空望遠鏡的新多波長觀測結果。他們比以往任何時候都更加確定這就是引發耀斑的原因。
“中等質量黑洞是非常難以捉摸的物體,因此仔細考慮並排除每個候選者的其他解釋至關重要,”林說。 “這就是哈伯望遠鏡允許我們為我們的候選人做的事情。”
J2150−0551 令人好奇的事情之一是它的位置 - 不是在星系中心,在那裡你通常會發現大型黑洞撕裂恆星。事實上,它似乎來自8億光年外的透鏡狀星系外圍的一個星團。
這與中等質量黑洞的形成模型之一是一致的,這也解釋了為什麼它們如此難以找到。
一個2004年論文提出密集星團的引力可能會導致其內部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,形成一個中等質量的黑洞。
但是,由於解析銀河系外的單顆恆星非常困難,更不用說追蹤它們的軌道了,因此只有當恆星或氣體雲等物質主動落入銀河系外的黑洞時,才能探測到它們。
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,這意味著除了罕見和偶爾的流浪恆星之外,其附近沒有任何物質可供其吞噬。天文學家認為這就是造成 J2150−0551 的原因。
而 J2150−0551 仍然有可能是別的東西——一個銀河系內部在吸積爆發期間加熱後正在冷卻——吸食另一顆恆星的物質。在全天巡天中,並沒有發現足以引起中子星加熱的吸積爆發,而本應發現這一點,但我們需要一個更結論性的裁決。
哈伯望遠鏡指向 J2150−0551 所在的那片天空,獲得了深度、高解析度的成像以確認其位置。這些觀測結果證實,X射線輝光並非來自銀河系,而是來自8億光年外的星團。
同時,XMM牛頓獲得了更多的X射線觀測結果。
“添加進一步的 X 射線觀測使我們能夠了解總能量輸出,”天文學家娜塔莉韋伯說法國圖盧茲大學。 “這有助於我們了解被黑洞擾亂的恆星類型。”
這些觀察結果使研究人員得出結論,耀斑是由中等質量黑洞引起的,它捕獲、粉碎並吸積了一顆小型主序星,其質量約為太陽的三分之一,大小約為太陽的40%。
他們還發現,星團本身可能是矮星系的核心,由於與其毗鄰的較大星系的引力相互作用,星團的大部分物質被剝離。
重要的是,這項發現再次證實,圍繞著更大質量星系運行的星團可能是尋找這些難以捉摸的中等質量黑洞的主要地點。
該研究發表於天體物理學雜誌通訊。