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M82 X-1被确认是罕见的中型黑洞
时间:2014-8-27 14:36 作者:shenkong 浏览读取中…
黑洞是质量非常大的物质集中在极小区域中所形成的极致密天体,连宇宙中速度最快得光都无法逃脱它的重力场,因此我们无法看到直接来自黑洞的光,只能透过因受到它的重力影响的其他天体或物质的变化来侦测黑洞。然而,当物质绕着黑洞边旋转边向黑洞落入的过程中,物质会因彼此间的摩擦而发出光,让黑洞间接成为宇宙中最明亮的天体之一。

M82 X-1星系 黑洞

宇宙中可能会有多少黑洞,大概没有天文学家可以给出确切答案,仅就我们自己的银河系,可能就存在1亿个以上各类型黑洞。几乎所有黑洞可以区分成两大群,质量为太阳的10~100倍者会在死亡之际因超新星爆炸或直接塌缩而形成恒星型黑洞(stellar-mass black hole),另一种则是位在星系中心、超过100万倍太阳质量的超大质量黑洞。

但放眼这广袤宇宙,其实还有一种中型黑洞,质量介在恒星型黑洞和超大质量黑洞之间,约数百倍到数千倍太阳质量,但数量相当稀少,也很难测量到,因此中型黑洞的来源一直是个待解之谜,甚至有天文学家质疑中型黑洞的行为和性质是否和其他两种黑洞相似。天文学家从1970年代开始,观测到百来个可能是中型黑洞的天体,但由于无法精确测量这些天体的质量,所以这些天体也只能是疑似中型黑洞。

M82星系距离地球约1200万光年,位在大熊座方向,该星系中新恒星诞生速率颇高,是离我们最近的星遽增星系(starburst galaxy)。从1999年开始,天文学家利用NASA的钱卓X射线观测卫星(Chandra X-ray Observatory)侦测M82星系中一个编号为M82 X-1明亮天体所发出的X射线。约从十年前开始,就有多位天文学家推测M82 X-1应该是个中型黑洞,但一直没办法获得其精确质量来证实他们的推测。右上图是钱卓、哈柏太空望远镜和史匹哲太空望远镜观测的M82影像合成图,其中M82 X-1位在M82星系中心右上角约2点钟方向,星系中心放大至白框内的影像中最亮的那个点就是M82 X-1。

不过在2004年至2010年间,另一架NASA的Rossi X射线计时探测器(Rossi X-Ray Timing Explorer,RXTE)总共观测M82 X-1约800次,记录这个天体发出的每个X射线粒子。Pasham将每组不同X射线波长的观测资料绘制成图,然后将这些图联结在一起予以分析。

结果,他发现M82 X-1有两种重复发生的闪光,应该是某种周期性的光脉动,其中一种闪光每秒5次,另一种为每秒3.3次,两者频率约为3:2 。天文学家可以利用这种光振荡比例来测量黑洞质量;这种技术以前就曾应用在恒星型黑洞上,只是还不曾用在中型黑洞上。

依光振荡比例而得的M82 X-1质量约为太阳的428倍,误差顶多为105倍太阳质量。不过Pasham并未提出关于这种中型黑洞如何形成的解释,不过至少现在已确认现行观测正确无误,可以开始进行理论模拟的部分,或许终将可寻得中型黑洞成因的谜底。

目前RXTE已卸任,NASA计画将在2年内发射新的X射线望远镜—中子星内部组成探测器(Neutron Star Interior Composition Explorer,NICER)取代之,Pasham也已经准备好利用NICER来确认6个可能为中型黑洞的天体。
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