这个破纪录的黑洞可能有助于解开一个宇宙之谜

admin 2023-12-17 00:40:58 浏览量:11
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一个新发现的黑洞正在打破记录,揭示了这些物体是如何形成的新事物。

两个太空望远镜成对成对地观察一个巨大的黑洞,这个黑洞的质量大约等于它所在的星系。这是一个起步较早的星系:大约138亿年前,宇宙大爆炸形成了我们的宇宙,银河系在大爆炸后仅4.7亿年就存在了。因此,这个黑洞的存在为我们了解星系中心的超大质量黑洞是如何形成的提供了一条巨大的线索。

黑洞是密度非常大的物体,它的引力非常强,如果光靠得太近,就连光也无法逃脱。新发现的黑洞打破了记录:在x射线中观测到的距离最远的黑洞。因此,美国宇航局的詹姆斯韦伯太空望远镜(韦伯或JWST)和该机构的钱德拉x射线天文台的观测结果捕捉到了黑洞前所未见的成长阶段。

JWST首先发现了早期星系UHZ1发出的微弱光线。银河系的质量大约是太阳质量的1.4亿倍。由于引力透镜效应,JWST看到了这个星系,当时一个巨大的前景星系团Abell 2744的引力放大了UHZ1的光。

钱德拉对UHZ1进行了为期两周的跟踪观察,发现了来自遥远星系核心超大质量黑洞引力场中旋转的气体盘的强大x射线。

“我们需要韦伯来发现这个非常遥远的星系,需要钱德拉来发现它的超大质量黑洞,”哈佛-史密森天体物理中心的ákos Bogdán在周一(11月6日)的一份声明中说。Bogdán是《自然天文学》上一篇论文的主要作者,该论文描述了x射线观测和黑洞的特征,主要基于钱德拉,也包括韦伯的数据。

根据x射线的亮度和强度来判断(x射线与黑洞引力的强度有关),黑洞的质量是太阳质量的数千万到数亿倍,相当于其宿主星系的质量。

然而,对于一个星系来说,UHZ1还是相当小的。星系形成的模型描述了它们如何开始很小,然后通过与其他星系或巨大的星系间气体云合并而成长。人们不太清楚的是它们的超大质量黑洞是如何形成的。

有两种候选理论可以解释它们的形成。一种说法是,它们是由恒星爆炸产生的恒星质量黑洞快速合并形成的。另一种可能性是,超大质量黑洞是由质量为太阳1万到10万倍的气体云坍缩直接形成的。

新的研究表明,新发现的黑洞诞生时很大,计算x射线的亮度和能量时,估计质量大约是1000万到1亿个太阳。

“黑洞形成后的生长速度是有物理限制的,但那些出生时质量更大的黑洞有一个良好的开端。普林斯顿大学的安迪·古尔丁说:“这就像种一棵小树苗,它比只种一颗种子所需的时间更短。”Goulding是9月22日发表在《天体物理学杂志通讯》上的一篇论文的主要作者,该论文报告了星系的距离和质量,也是《自然天文学》新论文的合著者。

x射线的亮度和能量在耶鲁大学理论天体物理学家Priyamvada Natarajan的计算中预测的范围内,这导致了直接由气体云坍缩形成的“超大黑洞”的产生。

Natarajan在同一份声明中说:“我们认为这是第一次探测到超大黑洞,也是迄今为止最好的证据,证明一些黑洞是由巨大的气体云形成的。”“这是我们第一次看到一个短暂的阶段,在它落后之前,一个超大质量黑洞的重量和它所在星系中的恒星差不多。”

在大多数现代星系中,超大质量黑洞的质量仅为其宿主星系的十分之一。黑洞的质量也与螺旋星系中心凸起的恒星质量或椭圆星系的总质量有关。通过在这个成长阶段见证一个活跃的黑洞,观察结果可以阐明这种相关性是如何发生的。无论哪种方式,UHZ1肯定有很多增长要做,以超过其黑洞的增长。

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