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哈佛科学家提出寻找流浪黑洞新方法
哈佛科学家提出寻找流浪黑洞新方法
作者:严炎 刘星 编译 | 2014/3/25 13:40:21 | 浏览:2122 | 评论:0

哈佛科学家提出寻找流浪黑洞新方法
黑洞是奇怪的区域,它的引力是如此强大以至于可以弯曲光线,扭曲时空。

  凤凰科技讯 北京时间2014年3月24日消息,美国生活科学网站报道,在银河系内存在着上百个流浪黑洞,近日研究人员表示他们已经找到了监测这些黑洞的方法。发现这些奇怪的天体将提供有关银河系和其它星系形成的新见解。

  没有人知道银河系是如何产生的,但一项流行的星系形成模型认为,银河系的建构单元是矮星系,它们在宇宙大爆炸后相互碰撞融合。而这个模型的前提假设是,质量约为太阳1000至100000倍的漂浮黑洞可能是早期宇宙的残留物,也就是说它们是婴儿宇宙里黑洞成长和融合的化石证据。

  银河系内的每一个结构单元星系都有自身的黑洞。当矮星系相互融合时,这些黑洞也会相互融合。在这个过程中,新的单一黑洞受到了来自反方向剩余引力波发射产生的如火箭般的反作用力,美国哈佛大学史密松天体物理中心天体物理学家的艾维·劳埃伯(Avi Loeb)这样说道。

  一般来说,这股反作用力会导致黑洞加速到足够的高速以远离新合并的矮星系,但又不足以远离银河系。这个新的中央黑洞会通过气体吸积逐渐在矮星系内形成。一旦宿主星系变得足够大,靠近它的黑洞将无法逃离。其中一些黑洞会生长变大形成超大质量黑洞,正如银河系中央存在的超大质量黑洞一样,后者质量是太阳的400倍。然而,在银河系遥远的“光晕”区应该存在上百个流浪黑洞,它们形成于前银河系时代,也就是只有矮星系存在的时期。“银河系光晕就像流浪黑洞的储藏室。” 劳埃伯这样解释道。

  如果无法直接观测黑洞,那么我们该如何监测它们呢?更何况这些黑洞是在太空漂浮不定的流浪者。劳埃伯和他的研究生王夏伟(Xiawei Wang)表示,他们找到了一种解决办法。“当流浪黑洞经过银河系的气体盘时,它们会产生弓形激波——类似于超音速飞机在空中飞行时产生的音爆。”这种冲击会将电子加速到高能量,然后以无线电波的形式释放它们,后者是可以被监测到的。

  “目前的无线电观测应该能够检测到这些弓形激波释放出的无线电波。” 劳埃伯补充说道。当然,如果科学家发现了这样的弓形激波,那么他们应该也会观测到依附在漂浮黑洞附近的恒星群,甚至可能监测到黑洞在吸积气体过程中释放的X射线。

  这种方法是“鉴别理论上预测存在的流浪黑洞的新方法。”美国科罗拉多大学的天体物理学家杰里米·达林(Jeremy Darling)这样说道,他并没有参与这项研究。“王和劳埃伯的文章显示了这些黑洞在经过银河系气体盘时会产生弓形激波,有效的点亮自己使得科学家们可以进行相应观测。”此外,他对“利用现有的设备可以轻松检测到” 这些弓形激波的观点表示赞同。

  然而,可以做到并不代表容易做到,达林警告称,检测这些弓形激波的困难程度不亚于大海捞针:在银河系气体盘里,有很多天体放射出无线电和红外波长,而王和劳埃伯预测称在某个特定时间点,该气体盘里存在的黑洞寥寥无几,在某些情况下甚至可能一个也没有。

  “此外,当我们观测银河系的侧立面,从瞄准线角度看,由于大量天体彼此堆积重叠,因此可能会造成混乱和错觉。而现存的对银河系的无线电调查缺少角坐标分辨率,因此无法将黑洞弓形激波与其它现象区别开来,这的确是个棘手的问题。”

恒星群

  在早期研究中,劳埃伯和他之前的研究生瑞恩·奥莱利(Ryan O'leary)提出了检测这些流浪黑洞的另一种方法。他们提出这些流浪黑洞身边很可能环绕着恒星群,后者最初是与这些黑洞紧密相连的。这些恒星群与球状星团存在很大的不同,因为它们是因黑洞的引力而紧密联系在一起,因此它们可能非常紧凑,大小只有几光年。

  劳埃伯和奥莱利已经鉴别了恒星团候选者,目前他们正在收集光谱学数据以测试是否任何恒星团里存在一个中央黑洞。“这可能是银河系里隐藏的宝藏,它或为我们提供有关宇宙里第一批黑洞的信息。” 劳埃伯这样说道。

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