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327亿倍太阳质量!迄今为止探测到的最大黑洞之一,超乎想象

发布时间:2023-03-31 16:59:05

当光线在一个巨大的、看不见的质量周围转向时,光线的弯曲揭示了宇宙中迄今为止探测到的最大黑洞之一的存在。

327亿倍太阳质量!迄今为止探测到的最大黑洞之一,超乎想象。

上图:一幅黑洞的插图,展示了引力场如何扭曲从黑洞后面传播的光。

在一个名为“Abell 1201”的巨大星团的中心星系中,大约27亿光年之外,潜伏着一个宇宙巨人。这只怪兽并不满足于拥有超大质量,它是一个超重力黑洞,质量约为太阳的327亿倍。

这个新数据比之前的估计高出了至少70亿个太阳质量,同时也展示了弯曲光在精确测量质量方面的力量。

英国杜伦大学的物理学家詹姆斯·南丁格尔(James Nightingale)解释说:“这个特殊的黑洞,大约是我们太阳质量的300多亿倍,是迄今为止探测到的最大的黑洞之一,也是我们认为黑洞理论上可以达到的上限,所以,这是一个非常令人兴奋的发现。”

实际上,宇宙中有很多黑洞,除非它们在积极地吸积物质(这个过程在物质落入黑洞之前升温时,会产生大量的光),否则它们不容易被发现。黑洞本身不会发出我们可以探测到的光,所以,我们必须通过观察它们对周围物质的影响来找到它们。

327亿倍太阳质量!迄今为止探测到的最大黑洞之一,超乎想象。

上图:引力透镜示意图。

我们找到黑洞的一种方法是寻找引力透镜效应。当时空本身被质量扭曲时,这就会发生;把时空想象成一张橡皮纸,把质量想象成它上面的一个沉重的重量。任何穿过这一时空区域的光都必须沿着一条弯曲的路径传播,对于远方观看的观察者来说,这看起来非常有趣。

光线会扭曲、拉伸,并经常被放大,这意味着我们接收到了背景物体的扭曲图像,比如遥远的星系。这种透镜质量可以很小,就像恒星质量的黑洞一样,在这种情况下,这种现象被称为“微透镜”;也可以很大,比如星系团。天文学家可以研究这种扭曲的光,以探测透镜质量的性质。

“Abell 1201”的中心星系,或称最亮星系团(BCG),是一个大的、弥漫的椭圆星系,众所周知,它是一个强引力透镜。一个远离 BCG 的星系出现在它旁边,就像一个细长的污点,就像一根眉毛紧紧地缠绕在它的外围。

这个污点是在2003年发现的。2017年,天文学家发现了第二个更模糊的污点,甚至更接近星系中心。

天文学家提出,这意味着在 BCG 的中心存在一个非常大的黑洞,但现有的数据还不够详细,无法解决中心质量问题,也不能揭示更多关于那里有什么的信息。

物理学家詹姆斯·南丁格尔和他的同事们不仅获得了最新的观测数据,还设计了理解这些数据的工具。他们对光在宇宙中的运动进行了数十万次模拟,通过改变星系中心黑洞的质量,去寻找匹配我们用 Abell 1021 BCG 观察到的透镜的结果。

最终,他们的所有模型都倾向于星系中心有一个巨大的黑洞。最适合该黑洞质量的是327亿倍太阳质量。这也使该黑洞进入了超大质量领域,即比100亿个太阳还要大的黑洞,接近黑洞质量的理论上限,即500亿个太阳。

上图:Abell 1201 BCG的多单元光谱探测器,在右上方象限清晰地显示出被透镜化的星系。

上图:Abell 1201 BCG的多单元光谱探测器,在右上方象限清晰地显示出被透镜化的星系。

这个质量也使“Abell 1021 BCG”的黑洞成为我们迄今为止发现的十大质量最大的黑洞之一。事件视界的直径将超过1290个天文单位。作为参考,冥王星到太阳的距离只有40个天文单位。这想想都让人兴奋不已!

Abell 1201 作为引力透镜的特性非常特殊,在其他情况下,很可能无法在BCG中详细测量黑洞的质量,但南丁格尔的团队相信,他们的方法有希望探测和测量遥远宇宙中的其他黑洞。

物理学家詹姆斯·南丁格尔说:“引力透镜使研究不活跃的黑洞成为可能,这在遥远的星系中目前是不可能的。这种方法可以让我们在我们的本地宇宙之外探测到更多的黑洞,并揭示这些奇异的物体是如何在宇宙时间里进一步演化的。”

也许还能提供一些线索,告诉我们它们是如何长得这么大的。

这项研究发表在《皇家天文学会月报》上。

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