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迄今已知最小星系也拥有超大质量黑洞
时间:2014-10-3 20:41 作者:shenkong 浏览读取中…
美国犹他大学(University of Utah)天文学家Anil Seth等人发现一个超致密矮星系(ultracompact dwarf galaxy,UCD)居然拥有超大质量黑洞(supermassive black hole),而且这个超致密矮星系还是迄今已知最小、最轻的星系呢!这项发现显示超大质量黑洞可能比之前认为的还要更普遍。

  这些天文学家利用位在夏威夷的双子北(Gemini North)8米望远镜进行可见光至红外波段的观测,并配合哈伯太空望远镜(Hubble Space Telescope)当初发现M60-UCD1这个矮星系的系列影像,结果发现M60-UCD1星系的核心有个质量约为2100万倍太阳质量的超大质量黑洞。

  现行已知许多星系的中心都拥有质量超过100万倍太阳质量的超大质量黑洞,例如我们银河系核心就有个400万倍太阳质量的超大质量黑洞,看来数字颇大,但其实不到银河系总质量(500亿倍太阳质量)的0.01%。但这种认知仅限于一般星系,天文学家可不认为总质量那么小的矮星系们会有机会形成超大质量黑洞。

  然而M60-UCD1星系的总质量仅有1亿4000万倍太阳质量,却在其中心发现竟然能拥有质量高达2100万倍太阳质量的超大质量黑洞,佔了星系总质量的15%左右,比例高得惊人。

  银河系大小是M60-UCD1的500倍,质量是M60-UCD1的1000倍以上,这个已知最轻最小的星系却还能拥有超大质量黑洞,那么或许同理之下,其他超致密矮星系拥有超大质量黑洞的比例可能非常高。只不过这些矮星系很可能在与其他星系碰撞期间被撕裂或吞并,残馀份子被并入成为大型星系内的一部份。不过,这些天文学家还不清楚为何这么小的星系,竟能拥有这么大的黑洞?

  Seth等人认为:曾有个拥有成员星上百亿个的大型星系,与M60这个更大、更重的大型星系的核心区域近距离擦身而过,导致原星系外围区域内的所有恒星和暗物质被剥离,成为M60的一部分。Seth等人猜测这个过程有可能发生在约100亿年前,不过由于有办法确认M60周围矮星系的轨道,所以不能肯定确切的时间点。

  M60(NGC 4649)是个巨型椭圆星系,位在室女座方向,距离约5500万光年,是我们银河系附近的「局部宇宙( local universe)」中最大的星系群—室女座星系团成员之一,与另一个星系NGC 4647有重力交互作用,M60为NGC 4647的25倍重。已知M60拥有数个卫星星系,其中之一便是M60-UCD1。在M60中心的超大质量黑洞,质量高达45亿倍太阳质量,约是银河系中心超大质量黑洞的1,000倍以上。或许未来M60-UCD1也会与M60合并,届时两个超大质量黑洞合而为一时,将造就一个更庞大的黑洞巨兽。

超致密矮星系与超大质量黑洞

  超致密矮星系是宇宙中密度最高、最致密的恒星集合系统之一;M60-UCD1又是已知的超致密矮星系中质量最大的。这些超致密矮星系的大小一般在数百光年左右,与银河系约100,000光年直径相较之下,只能算是蕞尔弹丸之地了。

  M60-UCD1距离地球约5400万光年,不过距离M60却仅有22,000光年,比我们的太阳还靠近银河系中心。对于这些矮星系是否会被大型星系的核心扯碎,或是残馀的成员是否会形成球状星团这样的结构等等,天文学家很久之前便开始有所争议。球状星团的成员数可多达100,000之众,而且这些成员星几乎都是一起诞生的手足。银河系已知的球状星团数量约有200个左右,有些星系拥有的球状星团数量甚至多达数千个。

  这些天文学家利用双子北望远镜测量矮星系中心的超大质量黑洞周围的恒星运动模式和速度,由此估计超大质量黑洞的质量。结果显示由恒星发出的辐射量来看,这个矮星系所含有的质量比预期的还多。靠近M60-UCD1中心的恒星,移动速度高达每小时370,000 km,也比没有黑洞状况下预期应有的移动速度快很多。

  有天文学家认为或许M60-UCD1中心并没有超大质量黑洞,而是一大群质量很大的暗恒星。但Seth等人由双子北观测结果,以及哈柏太空望远镜曾拍过的M60影像分析得出M60-UCD1的质量集中在中心区域,显示M60-UCD1有超大质量黑洞,所以M60-UCD1应该是某个大型星系被剥离过的残馀核心,而其他超致密矮星系也可能拥有庞大的超大质量黑洞。

  当初Seth等人之所以挑选M60-UCD1为研究目标,是因为去年曾有论文指出这个矮星系是个X射线源,而且密度非常高。从X射线辐射强度,可推测这个矮星系中心的黑洞吸入气体的速率,居然和质量比M60-UCD1大许多的星系中心的典型超大质量黑洞一样快,显得M60-UCD1极不寻常。
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