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苏黎世联邦理工学院科学家发现巨大黑洞:挑战星系形成理论
苏黎世联邦理工学院科学家发现巨大黑洞:挑战星系形成理论
2015/8/1 11:05:12 | 浏览:988 | 评论:0

苏黎世联邦理工学院科学家发现巨大黑洞:挑战星系形成理论

  天文学家发现了成长速度远快于宿主星系的黑洞

在大多数星系的中心都能发现黑洞的存在,而大部分黑洞的质量与其宿主星系比起来都无足轻重。然而,苏黎世联邦理工学院的科学家发现了一个质量尤其巨大的黑洞,其成长速度显然超过了本身所处的星系。这一现象让天文学家开始质疑以往有关星系与其中心黑洞共同演化的理论。

Benny Trakhtenbrot是苏黎世联邦理工学院天文学研究所的科学家,他和一个天体物理学国际团队正在寻找宇宙初期巨型黑洞的踪迹,所用的设备是位于夏威夷的10米口径凯克望远镜。尽管这是很常规的观测,但Trakhtenbrot和团队成员们在第一次发现这样的黑洞时都感到十分惊奇。他们获得的数据揭示出,在一个遥远的星系(称为CID-947)中,存在着一个巨大的黑洞。由于该星系的光线到达地球需要一段相当长的时间,因此天文学家观测到的是宇宙只有不到20亿岁的情形,这只是宇宙目前年龄的14%(从宇宙大爆炸至今已经过去了约140亿年)。

天文学家对凯克天文台的数据进行分析后发现,CID-947星系的黑洞拥有相当于70亿个太阳的质量,是目前发现的最大黑洞之一。不过,令研究者惊奇的不是黑洞的质量,而是CID-947星系的质量。“观测数据对应的是一个典型星系的质量,” Trakhtenbrot说,“所以,我们看到的是在一个正常大小的星系中,出现了一个超大型的黑洞。” Trakhtenbrot目前是一位博士后研究员,在Macella Carollo教授的河外天体物理学团队中工作。他们的结果实在是太过出乎意料,团队中的两位天文学家不得不各自对星系质量进行了验证。两个人最终得到了相同的结论。该团队的研究结果发表在近期的《科学》(Science)杂志上。

早期宇宙中有什么不同?

大部分星系,包括我们所在的银河系,都在中心处有一个黑洞,其质量可达数十亿个太阳的质量总和。研究共同作者、苏黎世理工学院的Kevin Schawinski教授说:“黑洞是具有极其强大引力的物体,没有任何东西——包括光——能逃脱它们的引力。爱因斯坦的相对论描述了黑洞如何弯曲时空本身。”物质在受到黑洞引力作用时,会获得极大的加速度,并发出特定的高能辐射,这种现象也证实了黑洞的存在。

到目前为止,天文学家的观测已经表明,宿主星系(host galaxy)中包含的恒星数量越大,其中心的黑洞也越大。“这一结果与目前的宇宙是相符的,而这只反映了宇宙近期的情况。” Trakhtenbrot说道。这一联系以及其他证据,使科学家提出了这样的假说:黑洞的成长和恒星的形成是齐头并进,“手拉着手”的。Trakhtenbrot称,这一假说值得商榷,想象一下,这些恒星的形成和黑洞的“补给”都来自一个共同的冷气体池。而且,之前的研究显示,在黑洞成长过程中释放的辐射会控制,甚至中止恒星的形成,因为这些释放的能量会加热气体。然而,最新的研究结果表明,这些过程可能以不同的方式进行,至少在早期宇宙中如此。

恒星继续形成

Trakhtenbrot及其同事所发现的这个遥远的年轻黑洞,质量比其宿主星系小大约10倍。在目前的宇宙中,黑洞的质量通常只能占到宿主星系质量的0.2%到0.5%。“这意味着该黑洞的成长效率比它所处的星系高得多——否定了预言它们‘手拉着手’共同发展的模型”,苏黎世理工学院的研究人员解释道。

研究人员对观测结果的分析还显示,尽管黑洞已经到达成长期的末段,但恒星还是在不断形成。与以往假说不同的是,黑洞驱使的能量和气体流并没有阻止恒星的形成。

CID-947星系在未来还将继续成长,而黑洞质量与恒星质量之间仍然有着重要的联系。研究人员认为,CID-947星系可能会成为目前宇宙中最极端、最大型的星系系统的前体,就如同距离银河系约2.2亿光年的英仙座NGC 1277星系。他们希望利用智利的阿塔卡马大型毫米/亚毫米波射电望远镜阵列(ALMA)的观测,获得更多有关黑洞与宿主星系的关联信息。

(任天)

科学家观测到恒星出现极光超地球百万倍

苏黎世联邦理工学院科学家发现巨大黑洞:挑战星系形成理论

这颗褐矮星被命名为LSR J1835+3259,由甚大阵射电望远镜和凯克望远镜联合观测

如果你想看极光,可以去北极看,极光的形成与太阳有关,一旦太阳爆发高能粒子风暴,北极就可以看到极光,甚至在一些纬度较低的地方也能够看到。那么太阳系之外是否存在极光呢?目前一支国际研究小组发现在一颗褐矮星周围出现了极光,这是我们第一次在太阳系外发现褐矮星的极光。

这颗褐矮星位于18光年外的天琴座方向上,谢菲尔德大学的天文学家斯图尔特博士认为,这是我们第一次看到褐矮星极光,它与地球上的极光有着许多不同之处。地球上的极光来自太阳带电粒子与大气之间的相互作用,褐矮星的质量没有达到恒星的级别,但又比行星要大,这颗褐矮星被命名为LSR J1835+3259,由甚大阵射电望远镜和凯克望远镜联合观测,科学家通过先进的望远镜对其进行观测,寻找出现异常的极光。

根据斯图尔特博士介绍:我们已经证明发现的闪光是褐矮星上的极光,但亮度的变化与我们期待的极光现象有些不同。褐矮星上的极光主要是红色的,这是因为带电粒子与氢在大气中发生相互作用,如果在地球上,绿色的极光主要由太阳的带电粒子与氧原子相互作用。因此在褐矮星上,我们可以看到别样的灯光秀。褐矮星作为一种失败的恒星,并没有像太阳那样的强大带电粒子,因此其电子的产生来源于一些表面物质。

我们可以从木星的极光来研究褐矮星上的极光产生方式,带电粒子来自木卫一的火山群,导致木星上出现了极光,这一发现有助于科学家更好地了解褐矮星。不论褐矮星有着接近恒星的属性,或者接近行星的特点,我们已经知道它的大气中存在云这样的现象,而且还有极光。

(罗辑/编译)

美国宇航局太阳及日球层天文台详解超大质量彗星掠过太阳所发生状况

苏黎世联邦理工学院科学家发现巨大黑洞:挑战星系形成理论

“拉夫乔伊”彗星穿过太阳日冕层幸存下来

多数彗星掠过太阳表面时都会蒸发消失,但是科学家最新一项研究显示,达到一定质量的彗星掠过太阳能够幸存下来不会蒸发。

过去几年里,美国宇航局太阳及日球层天文台发现彗星以每3周一次的频率近距离掠过太阳,体积较小的彗星将蒸发消失。美国宇航局掠日彗星专家卡尔-巴滕斯(Karl Battams)说:“如果是一颗结构松散的雪球小行星,接近太阳时很容易崩溃瓦解。”

当彗星掠过太阳时,并不是太阳日冕层融化彗星,虽然日冕层非常热,但过于薄,无法转移更多的热量。而是强烈的太阳放射线使彗星冰物质升华为气体进入大气层,或者导致彗星瓦解。

但是近期观测到的彗星比以往更接近太阳表面,2011年,“拉夫乔伊”彗星真实穿过日冕层,观察结果显示这颗彗星仍幸存了下来,2014年,ISON彗星近距离掠过太阳时也“活了下来”。

当彗星朝向太阳运行进入其低大气层将会发生什么呢?巴滕斯说:“没有理由不发生任何事情,太阳是一颗体积较大的恒星,太阳系内充满了大量宇宙物质,以一定轨道环绕太阳运行。”

苏格兰皇家天文学家约翰-布朗(John Brown)带领一支研究小组进行分析,他说:“我将掠日彗星称之为‘地狱超音速雪球’,为了抵达太阳低大气层,彗星的质量至少要达到109公斤,这是最低限质量,大约是拉夫乔伊彗星和ISON彗星质量的百分之一。”

如果一颗彗星达到一定质量,且近距离掠过太阳表面,它将落入太阳的引力范围,加速至600公里/秒,在这一速度下,彗星如果从太阳低大气层中脱离出来,它将变得像薄烤饼一样扁平,最终在空中爆炸,通过现代观测设备可看到该过程释放出紫外线和X射线。

这样的彗星碰撞将释放大量能量,以磁耀斑或者日冕物质喷发的形式,但仅涉及较小的区域。布朗说:“这非常像投放在太阳大气层中的一枚炸弹!”

(悠悠/编译)     

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