【天文发现】黑洞 星系团的心脏

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 黑洞,一个谜样般的名词,尽管科学家应用高科技探测,使我们逐渐可以发现关于黑洞愈来愈多的相关讯息,但是关于黑洞,仍有很多是我们无法理解的。最近,黑洞又成为天文学家关注的焦点,因为它被发现有个新功能——星系团的心脏。

黑洞是一种根据现代物理学理论推测出来的天体。由于黑洞的引力太过强大,即使是光线也难以逃逸。因此也就无法运用常规的方法来观测黑洞,天文学家通过间接的观测和推算,得出黑洞存在于很多星系的中心。在一些大星系的中心,质量超过太阳十亿倍的超大质量黑洞已经被探测到。

关于黑洞的实质和功能可谓众说纷纭,有的科学家甚至认为黑洞可能是通向另外宇宙的隧道。而最近有科学家提出黑洞对于其所存在的星系有重要的作用。

美国每日科学网站十一月十九日报导,NASA钱德勒观测仪的最新数据,大质量星系及星系团中心的强力黑洞如同这些系统的心脏一样,以固定的间隔向外泵出能量,从而对黑洞本身的生长及恒星的形成进行控制。

研究认为,掉进黑洞里面的物质导致许多零散的能量爆发。通过这种方式,黑洞会影响它们宿主星系的命运。这项新研究表明黑洞以一种温和并有节奏而非暴力的方式泵出能量。

黑洞能维持星系的平衡

天文学家们观测到并模拟了椭圆星系M84中心黑洞是如何稳定的向太空发出热等离子泡,加热星际空间。天文学家认为这些热量会减慢新恒星的形成和黑洞本身的生长,从而帮助维护星系的稳定。当星际气体足够凉的时候,才会聚集形成新的恒星。在那些最需要的地方,这些热量显得更有效。

巴尔的摩马里兰大学和德国马普地球外物理所的天文学家费诺基诺夫(Alexis Finoguenov)把中心黑洞比作心脏的肌肉:“就像我们心脏周期性的泵动我们的循环系统保证我们活着一样,黑洞提供给星系一种非常重要的组分。它们是自然的造化,能维持星系的脆弱平衡。”

天文学家认为,该发现能解释一种数十年之久的矛盾现象:一些星系周围存在的大量温热气体使这些星系从钱德勒X射线望远镜观测显得光亮。
年轻星系中心亦有黑洞存在

另外,据《当代天文学》(Astronomy Now)杂志报导,科学家在观察久远的宇宙,星系之间互相碰撞时,及当星系还在形成时,就可能存在了巨大的黑洞。

天文学家们是通过在夏威夷的次毫米波阵列望远镜(SMA)进行观察的。SMA可以观测两百微米到一毫米的波长。在星系形成初期,其分子云有温度,会放出毫米波和次毫米波的辐射,因此SMA能观察到早期形成的星云和恒星的诞生过程。

天文学家发现4C60.07星系时,是因为其明亮的无线电发射极为吸引天文学家的注意,而这样的无线电讯号暗示了该星系是类星体(内部有个快速旋转黑洞的星系)。最初的研究认为,围绕在黑洞四周的氢气正在进行星爆
(star burst,即大量的恒星快速地形成),而其四周恒星形成的速率,相当于每年五千个太阳。

但后来的研究显示,4C60.07并没有进行“恒星形成”,它内部的恒星都是高龄且安静的恒星。大量的“恒星形成”其实是发生在其旁边但之前未观测到的伴星系上,该星系拥有丰富的气体,并为尘埃所遮蔽,而且中心有“超大质量黑洞”。

英国天文科技中心(UK Astronomy Technology Centre,简称UK ATC)的罗伯‧伊维森(Rob Ivison)教授表示:“此一全新的影像显示,在我们预期只会有一个星系的地方,竟然存在两个星系。”

他说:“很显然,这两个星系的中心都有‘超大质量黑洞 ’,像这样巨大的黑洞很少见,我们怀疑射电星系(radio
galaxy)已启动,因为它和先前不知名的星系发生碰撞,这个碰撞也提供了黑洞放出无线电波的能量。”

仍有众多的黑洞未被发现

这两个星系和其中心的黑洞,曾经碰撞结合过,这巨大的变动大约发生在大爆炸后的二十亿年,星系长时间的结合,产生了单一的大型黑洞。这意味着在遥远的宇宙中或许还潜藏着为数颇多的黑洞,但天文学家尚未发现。

伊维森介绍说﹕“我们观测到的黑洞是巨型的,其中一个会发射光亮的无线电磁波,而另一个则会改变其光学和红外光谱能量分布。天文学家已经知道大型的黑洞存在于早期的宇宙,但是这现象是非常罕见的,甚至可以以手指头计数出来。直到现在,它们仍被认为是很奇异的,与一般的星系完全不同。在这篇论文中我们提出的黑洞观察可能只是凤毛麟角而已。这两个星系的大小都和我们银河系差不多,但是每个都有自己独特的特性。”

研究人员表示射电星系看起来比它的伴星系发展更为成熟,这可能是因为几百万年来星系不断的消耗气体形成星体,和黑洞不断吸收碰撞的物质。而在强烈的星爆中,另一个星系藉由碰撞产生上千颗恒星,所以它仍有大量的气体,尚未完全发展。

这两个巨型黑洞出现在星系内,对它们的起源有很大的涵义,因为超大质量黑洞需要时间形成,并可能引发恒星形成或死亡,造成母星系演化改变。◇

这个图像捕捉到,星系里的黑洞拆裂一股来自邻近星系的尘埃气体。(STFC)

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