尋找最小的超大質量黑洞,可更了解超大質量黑洞如何誕生

作者 | 發布日期 2020 年 07 月 15 日 17:08 | 分類 天文 , 自然科學 Telegram share ! follow us in feedly


我們對超大質量黑洞似乎耳熟能詳,但它們的形成機制至今仍是宇宙學一大謎團。天文學家最近鎖定一個距離地球約 1,100 萬光年的模糊星系,其中心超大質量黑洞與同類一比相對青澀,或許有機會幫助天文學家解開超大質量黑洞的原貌。

黑洞是時空中物質因太稠密而無法維持自身、並坍塌成奇異點的區域。在這之中,超大質量黑洞(SMBH)屬於怪物等級,與大質量恆星經重力塌縮形成的恆星黑洞相比,前者質量通常是太陽質量的數 10 億倍,坐落在大型星系中心,活躍者會不斷吸取氣體並攪動周圍恆星。

但科學家仍不清楚這些龐然大物的確切形成機制,目前主要有 2 種說法,第 1 種認為超大質量黑洞是宇宙的古老遺跡,為大爆炸後太空熾熱物質直接坍塌而成的物體;第 2 種說法認為,也許它們就跟宇宙中其他所有黑洞一樣,剛開始都起源於垂死大質量恆星的爆炸與重力塌縮,然後從一個小黑洞慢慢吸積塵埃與氣體,緩慢成長為超大質量黑洞。

如果是前一種方法,那麼超大質量黑洞甫誕生就具有極大質量,比我們的太陽還要重數十萬~數百萬倍;如果是後者,那麼初生的超大質量黑洞相對較小,大約是太陽質量的 100 倍,隨著時間推移以周圍恆星與氣體雲為食,才逐漸變得強壯。

只不過無論哪種情況,這些超大質量黑洞如今在我們眼中都已回不去最初面貌,科學家無法仔細推敲它們原貌。因此,英國卡迪夫大學天體物理學家 Timothy Davis 團隊開始嘗試尋找最小的超大質量黑洞,最接近它們剛成形的外觀。

▲ NGC 404 星系於可見光(左)和紫外光波段(右)的不同樣貌。(Source:NASA

利用阿塔卡瑪大型毫米及次毫米波陣列(ALMA),研究團隊鎖定了 NGC 404 星系中心的超大質量黑洞,這個星系微弱又模糊,又被暱稱為 Mirach’s Ghost。

透過精確測量圍繞在黑洞周圍恆星或氣體的速度就能得知黑洞質量,如果恆星、氣體移動越快,就代表黑洞質量越大。根據計算,NGC 404 星系中心的黑洞質量不到太陽 100 萬倍,這在超大質量黑洞界中就像個小嬰兒,反推回去後,研究人員認為該黑洞剛誕生時質量可能不到太陽 50 萬倍。

雖然這項發現也不能證明上述兩種說法孰對孰錯,但某種程度上排除了直接崩潰理論。不管怎樣,超大質量黑洞的起源仍然是個謎,因不少研究發現在大爆炸後不久,宇宙就已經存在質量驚人的超大質量黑洞,違反了黑洞從小慢慢吸積到大的假設。

目前的理論都無法很好解釋超大質量黑洞來自何處,也許最終答案需要對現有模型進行重大修改。新論文發表在《皇家天文學會月報》(Monthly Notices of the Royal Astronomical Society)。

(首圖來源:卡迪夫大學