一場伽馬射線暴,揭發隱藏在宇宙中的罕見中等質量黑洞

作者 | 發布日期 2021 年 04 月 01 日 15:59 | 分類 天文 Telegram share ! follow us in feedly


作為黑洞演化缺失的關鍵,發現一個中等質量黑洞會比發現超大質量黑洞還更讓科學家興奮,而最近一個澳洲團隊便在分析伽馬射線暴閃光時,間接觀測到光芒被半路的中等質量黑洞以重力透鏡效應扭曲了路徑。

在外太空,目前只有 2 種黑洞廣為人知,一種是大質量恆星爆炸後就地坍縮形成的恆星黑洞,質量通常為太陽的 3~10 倍;另一種則是位於星系中心的超大質量黑洞,質量達數百萬~數十億倍。

大家都看得出 10 倍與數 10 億倍之間的差距,但我們尚不了解超大質量黑洞如何隨時間流逝成長得如此巨大,目前理論認為它應該透過吞食周遭物質緩慢成長,也就是說,宇宙中應該存在介於恆星黑洞與超大質量黑洞之間的中等質量黑洞(IMBH),質量約太陽 100~100,000 倍,如果說恆星黑洞是幼年,超大質量黑洞是成年,那麼中等質量黑洞就是少年。

天文學家估計過銀河系附近應該有約 46,000 個中等質量黑洞,然而搜索至今,中等質量黑洞竟意外成為缺失的一環,四處都找不到它們。

2019 年 5 月 21 日,LIGO 與 Virgo 接收到來自 70 億光年外的重力波訊號 GW190521,計算出來自質量分別為太陽 66 倍和 85 倍的雙黑洞合併,且最終融合成太陽 142 倍的中等質量黑洞,是第一次透過重力波掌握中等黑洞證據。

不過若比起科學家這次利用伽馬射線暴 GRB 950830 發現的新中等質量黑洞,GW190521 就是小巫見大巫了。

伽馬射線暴 GRB 950830 是來自一對合併恆星發出的高能閃光,當澳洲墨爾本大學與 OzGrav 研究機構團隊在分析 GRB 950830 訊號時卻觀察到明顯「迴聲」:由於途中經過一個大質量物體,重力透鏡效應使光的路徑彎曲,導致天文學家看到 2 次相同的伽馬射線暴閃光。

計算結果表明這物體是一個質量為太陽 55,000 倍的中等質量黑洞,研究人員指出,廣義來講有 3 種可能性能形成這黑洞,一種是兩兩小黑洞不斷合併而成,第二種是一個恆星黑洞靠自己經年累月的吸積物質而成,第三種為它可能是宇宙中最古老的黑洞類型,即形成於第一批恆星和星系出現之前的原初黑洞(primordial black hole)。

藉由這個新的中等質量黑洞候選對象,科學家可以更加精算宇宙中同類型物體總數。新論文發表在《自然天文學》(Nature Astronomy)期刊。

(首圖來源:墨爾本大學

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