科學家證明:40億光年外超大質量黑洞被彈出星系

據美國宇航局網站報導,天文學家已經獲得證據證明有一個大質量黑洞被它的宿主星系拋射了出去,速度達到每小時數百萬英里。

大陸新聞中心/綜合報導

據美國宇航局網站報導,天文學家已經獲得證據證明有一個大質量黑洞被它的宿主星系拋射了出去,速度達到每小時數百萬英里。美國宇航局所屬錢德拉X射線空間望遠鏡的觀測顯示這一黑洞和另外一個黑洞相撞並互相合並,這一過程中產生的強烈引力波輻射將它整個拋射了出去。

根據新浪科技報導,哈佛-史密松天體物理中心(CfA)的弗朗西斯·西瓦諾(Francesca Civano)是這項研究論文的第一作者。她說:『真是難以想象一個質量達到太陽數百萬倍的超大質量黑洞竟然可以被這樣移動。』她說:『然而這些最新的資料支援這樣一種觀點,即引力波可以施加極其強大的力量。』所謂引力波是一種空間漣漪,最早由愛因斯坦預言,然而人類從未能直接觀測到其存在。

儘管像這次所觀測到的這種案例,即由於在撞擊合並過程中產生的引力波輻射過於強烈,以至於造成超大質量黑洞被反彈出去的情況可能非常罕見,但是這一結果也說明廣袤的宇宙星系間的空間中或許存在著很多尚未被探測到的自由移動的大型黑洞。論文合著者,同樣來自哈佛-史密松天體物理中心的天文學家勞拉·布萊徹(Laura Blecha)說:『我們將無法觀測到這些黑洞。因為他們在被拋出宿主星系之後已經吞噬掉了它們周圍的所有氣體物質。』

西瓦諾和她的小組所研究的這一天體系統名為CID-42,位於大約40億光年之外。在此之前小組已經借助美國宇航局的哈勃空間望遠鏡設備拍攝並分辨出兩個遙遠的致密光源。而後續來自地面大型望遠鏡,如設在智利的麥哲倫和甚大望遠鏡設備所獲取的光譜學資料則顯示這兩個位於CID-42內的光源正以至少每小時300萬英里(約合480萬公里)的速度相互遠離。

此前錢德拉X射線望遠鏡曾經探測到一個明亮的X射線源,這可能是圍繞一個或多個超大質量黑洞存在的超熱物質。然而科學家們無法辨清這些X射線究竟是從單一一個還是全部兩個光源發出的,這是因為錢德拉當時並未完全對準CID-42,這讓它的解析度大打折扣。

論文合著者,同樣來自哈佛-史密松天體物理中心的馬丁·艾維斯(Martin Elvis)說:『早前的資料已經提示這裡正在發生不同尋常的事情,但是我們無法分辨這裡究竟存在著一個黑洞還是兩個。我們需要新的X射線波段資料來分辨這個源。』

當錢德拉望遠鏡的高解析度相機終於直接對準CID-42時,獲得的資料顯示X射線發射僅僅來自其中的一個黑洞。研究小組據此推測,當兩個星系發生撞擊,位於各自星系中心的兩個超大質量黑洞同樣發生撞擊。於是兩個黑洞相互合並成為單個黑洞,撞擊過程中產生的強烈引力波反彈衝擊賦予了新生的單個超大質量黑洞足夠的動能,讓它能夠脫離星系向外彈射出去。

而另一個附近的光源則被認為是最終留下的一個明亮星團。這樣一幅圖景符合有關黑洞合並過程的最新電腦類比,計算顯示黑洞合並過程會產生劇烈的引力波輻射,這一機制會賦予黑洞巨大能量,使其能夠脫離星系。

除此之外,對於CID-42正在發生的情況還有另外兩種可能的解釋。其中一種是認為有三個超大質量黑洞相互撞擊,其結果是其中質量最輕的那個黑洞被彈射出去。另一種觀點則認為CID-42包含兩個超大質量黑洞,兩者正相互繞轉,而不是其中的一個正快速離開。

所有這些備選解釋都要求其中至少有一個超大質量黑洞非常模糊,難以被觀察清楚,於是才能解釋錢德拉望遠鏡只觀測到來自單一源頭的X射線輻射。有關這些結果的論文將發表在本月10日出版的《天體物理學雜誌》上。

位於亞拉巴馬州亨茨維爾的美國宇航局馬歇爾空間飛行中心負責錢德拉專案的管理工作,而設在麻塞諸塞州劍橋市的史密松天體物理台負責望遠鏡的日常科學和飛行運作。


這是CID-42系統,位於大約40億光年之外。