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  • 天文學家們想尋找巨型黑洞,結果捅了“黑洞窩”

    神譯局系36氪旗下編譯團隊,關注科技、商業、職場、生活等領域,重點介紹國外嘅新技術、新觀點、新風向。

    編者按:當我哋觀睇《星際穿越》,睇到咗個巨大嘅球形黑洞出現喺屏幕上嗰時,嗰種對於未知、對於一個神秘嘅巨大存在嘅驚嘆感覺,相信大家猶存記憶。黑洞,呢個夜空中無辦法用肉眼睇到、卻等我哋充滿好奇嘅存在,仲有好多謎團等待揭曉。最近,一組日文學家喺試圖尋找巨型黑洞嗰時,發現 我哋嘅鄰居——NCG6397星團嘅中心存在巨大質量嘅神秘存在。“佢們”系乜嘢,又同巨型黑洞嘅產生有住點樣嘅聯繫?等我哋一探究竟。本文譯自The New York Times,作者Dennis Overbye,原標題為“Hunting for a Giant Black Hole, Astronomers Found a Nest of Darkness”,希望對您有所啟發。

    一個睇唔見嘅巨大存在,同一群小型黑洞

    近日,兩名日文學家正試圖尋找宇宙中嘅巨型黑洞。佢們查遍 嚟自地球表面同上空最強大嘅日文望遠鏡嘅數據,希望可以從中搵到位於遙遠球狀星團NGC6397中嘅唔可見巨型黑洞存在嘅線索。

    結果,佢們發現自己“捅 小黑洞嘅窩”,仲要一“捅”就系六十個:呢啲“小怪獸”像引擎般火力十足,擠喺比我哋嘅太陽系沒大幾多嘅空間入面十分熱鬧,仲要將佢們驚人嘅質量拋到星團嘅緻密中心。

    2月11日,嚟自巴黎日體物理研究所嘅愛德華多·維特拉爾同蓋瑞·馬蒙喺《日文同日體物理學報》發表 針對哈勃望遠鏡同歐洲空間局嘅蓋亞任務望遠鏡所獲取數據嘅研究成果。

    “我哋搵到 有力證據,證明喺呢個球形星團嘅緻密中心部位,存在住睇唔見嘅巨型日體,”研究生身份嘅維特拉喺空間望遠鏡研究所嘅一次新聞發布識上講到。“但我哋都好食驚地發現,呢個巨型日體並唔系點粒子嗰種形式。”

    呢個令人驚異嘅研究結果都畀 日文學者們一個全新嘅視角,用以更細緻地觀測太陽系鄰近這塊熱鬧之地嘅內部形態結構。維特拉爾同馬蒙嘅研究成果显示,呢啲星團可可以系LIGO同Virgo呢啲日文望遠鏡近年嚟觀測到嘅引力波嘅來源,星團可可以由黑洞碰撞形成。

    從小型黑洞到龐然大物嘅形成之謎

    但呢次發現都等人對於小型黑洞轉化為巨型黑洞嘅假定過程產生新嘅疑問:呢啲只比太陽大幾倍嘅黑洞,究竟系點樣合併膨脹成為佔據銀河中心、可以量波及遙遠類星體嘅龐然大物嘅?

    根據愛因斯坦嘅相對論所預測,黑洞引力巨大,甚至連光線都無辦法逃脫佢。黑洞嘅存在曾經受到質疑,但而家日文學家普遍認為黑洞好似嗰時空中嘅坑坑窪窪一樣,遍布散落喺宇宙之中,大部分質量只有太陽嘅幾倍。星體死亡后內部坍塌,喺燃盡自身嘅熱核可以後消失殆盡,形成 呢啲黑洞。

    除此之外,喺銀河中心地帶,都有質量喺太陽上百萬倍到上十億倍嘅黑洞。銀河嘅大小同中心黑洞嘅質量之間似乎存在住某種關聯,但沒人知道呢啲巨大嘅黑洞系怎麼形成嘅。

    其中一種觀點認為,呢啲巨型質量黑洞嚟自於體積更小嘅恆星型黑洞。根據呢種觀點,喺兩者之間應該有中介質量黑洞——大概喺太陽嘅百倍到千倍之間——飄浮喺像NGC6397星團咁樣嘅小型星系或者星系碎片中。但係至今為止,咁樣嘅中介質量黑洞仍未現形。

    NGC6397星團系環繞銀河嘅古老星體所組成嘅150個球狀星雲之一,佢好可能喺銀河誕生之前就已經存在嘎啦。NGC6397星團有130億年歷史,含25萬粒星體。呢啲星體全都體積微小,悠久黯淡。其中一啲喺好久之前比較明亮、體積較大嘅星體已喺燃燒中耗盡可以量,伴隨住黑洞或其佢恆星產物嘅衰亡走向湮滅。

    因此,NGC6397內部好有可可以隱藏住中介質量黑洞。實際上,一啲早期研究就表明,喺NGC6397嘅中心位置存在住一個相當於600倍太陽質量嘅黑洞。

    為 深入研究中型過渡黑洞問題,馬蒙同佢嘅學生對哈勃及蓋亞任務望遠鏡獲取嘅NGC6397內部單個星體嘅運動進行 高分辨率觀測。星體運動越快,佢們就需要越大嘅引力同質量喺星團中維持自身。

    研究人員總共評估 蓋亞望遠鏡嘅日誌中嘅1905粒星體,加上哈勃觀測到嘅7209粒星體。結果显示,佢們確實受到 星團中某個睇唔見嘅巨大質量體嘅引力影響。但呢啲星體並唔系環繞單个中心點進行環繞,而系“各行其道”。由此可見,影響住星體嘅暗物質並非匯聚一處,而系四散延伸。而並無跡象表明,呢個暗物質系一個巨型黑洞。

    馬蒙喺一封郵件中提到,“成個星團(NGC6397)嘅星體運行軌道幾乎可以說系隨機嘅,而唔系有秩序嘅圓環或者長橢圓。”

    呢啲星體嘅運動方式表明 喺NGC6397——呢個星雲中嘅星雲當中——有三分之一光年寬廣嘅地方,存在住相當於1800個太陽質量嘅暗物質。大約4000粒常見嘅明亮輕型星體共存於這片廣闊嘅空間入面。根據恆星演化模型,馬蒙認為這片暗物質嘅三分之二應該系黑洞,其平均質量為20個太陽。剩下嘅推測系像白矮星同中子星呢種星體死亡后留下嘅殘骸。

    “等待戈多”:中介質量黑洞嘅形成

    日文學家說,尚未清楚接下嚟識發生點樣嘅變化。黑洞識喺隨機合併所產生嘅引力波中喪失質量,咁樣嘅結合仲識導致一啲黑洞被擠出星團之外。此外,引力交互仲識等星團中質量次之嘅星體喪失運行速度,進而陷入星團中心部。呢個過程稱為“動摩擦”。

    “這成個過程識喺接下嚟數百萬年入面將小型黑洞逐漸牽引到星團中心地帶去,喺嗰入面,佢們將彼此合併,形成中介質量黑洞,”馬蒙講到。

    但馬蒙同嗰時指出,同NGC6397星團存在嘅130億年嗰時光比起嚟,數百萬年完全唔值一提。因此可以說,日文學家們喺黑洞合併嘅這段特殊嗰時期內啱好展開 對於星團嘅研究,這件事本身就可以說夠走運嘎啦。現喺唔存在中介質量黑洞,但系可以意味住佢永遠都唔識形成。小型黑洞向星團中心部位塌陷嘅過程都可可以因為途中交換可以量嘅星體過少而減弱。“噉就識阻礙中介質量黑洞嘅形成,”馬蒙認為。

    維特拉補充說:“呢次喺中心坍塌球狀星團中發現嘅唔可見密集物質,識激發我哋產生更多對於中介質量黑洞形成嘅睇法!”

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    2021-03-10 15:06:35

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