(光学:NASA/ESA/Hubble/STScI;X 射线:NASA/CXC/UNH/D. Lin 等)
天文学家发现了他们认为极为罕见的宇宙现象:一种中等重量的物体事实证明它是如此难以捉摸,以至于研究人员认为它可能根本不存在。
宇宙中存在几种不同大小的黑洞类别。有恒星质量黑洞。这些是造成碰撞的原因黑洞引力波探测迄今为止,通常小于太阳质量或太阳质量的 100 倍。
然后还有超大质量黑洞。它们潜伏在星系的中心,星系中的一切都围绕它们运行。它们的下限在 100,000 个太阳质量的范围内,但通常可以是数百万或数十亿个太阳质量。人马座 A*,银河系中心的超大质量黑洞,大约400万太阳质量。
天文学家假设,在中间的某个地方——1,000到100,000个太阳质量——应该是另一种类型的黑洞。然而,中等质量黑洞已被证明是难以捉摸的,有可能被探测到尚无定论。
这导致一些天文学家假设这些所谓的“缺少链接”,被认为是它们超大质量兄弟姐妹的前身,但根本不存在。
但现在,由新罕布什尔大学林大成领导的天文学家团队捕获了他们所谓的中间黑洞的最佳证据。
在来自 NASA 钱德拉 X 射线天文台、NASA Swift 卫星和 ESA XMM-Newton 轨道望远镜的数据中,他们发现了来自 7.4 亿光年外星系边缘的巨大多波长辐射耀斑。
该事件被命名为 3XMM J215022.4−055108(或简称 J2150−0551),于 2003 年 10 月开始,并在接下来的十年中逐渐减弱,与黑洞撕裂并吞噬恒星时观察到的其他辐射耀斑相同。
(ESA/XMM-Newton;D. Lin 等人)
光子的分布取决于黑洞的质量——这就是研究小组确定其大小的方式。
“这非常令人兴奋:这种类型的黑洞以前从未被如此清晰地发现过,”林说。
“已经发现了一些候选黑洞,但总的来说,它们极其罕见,而且非常受追捧。这是迄今为止观察到的最好的中等质量黑洞候选对象。”
然而,如果它们存在,为什么很少见到它们呢?一种中间黑洞的形成模型有一个合理的解释。
一个2004年论文提出密集星团的引力可能导致其中的恒星落向星团中心,形成一颗质量相当于数千个太阳的恒星。然后它会在自身重量的作用下塌陷,形成一个中间黑洞。
但只有当恒星或气体云等物质主动落入黑洞时,黑洞才能被探测到。当其中一个星团形成黑洞时,它已经清除了其引力范围内的区域,这意味着其附近没有任何物质可供其吞噬,因此它不会发出辐射。
相应地,J2150−0551 是在星团的中心发现的。
“我们可以用来尝试寻找中等质量黑洞的少数方法之一是等待一颗恒星靠近它并被破坏——这本质上再次‘激活’黑洞的胃口并促使它发射出我们可以观察到的耀斑”林解释道。
“以前只在星系中心清楚地看到过这种事件,而在外缘却没有。”
这一发现表明,也许还有更多的中间黑洞潜伏在星系的边缘——它们只是处于休眠状态,没有任何恒星经过吃零食,所以我们不知道它们在那里。
J2150−0551 还为研究人员提供了寻找更多难以捉摸的野兽——星团的地方。
“我们的模型目前类似于外星文明观察地球并发现祖父母将孙子送到学前班的场景:他们可能会假设有某种中间物质适合他们的人类寿命模型,但如果没有观察到这种联系,就会有没有办法确定,”欧空局的诺伯特·沙特尔说。
“这一发现非常重要,并且表明这里采用的发现方法是一种很好的方法。”