哈勃望远镜发现：一个正在“吃”恒星的黑洞，太阳质量的5万倍！

随遇而安428

天文学家发现一个难以捉摸的“中等质量”黑洞，这个黑洞撕碎了一颗距离太近的任性恒星，而暴露了它的存在。这个黑洞质量大约是太阳质量的5万倍，比位于大型星系核心的超大质量黑洞要小（质量为数百万或数十亿倍太阳质量），但比大质量恒星坍塌形成的恒星质量黑洞要大。这些中等质量黑洞（IMBH）是黑洞演化过程中长期寻找的“缺失环节”。


虽然已经有一些其他的中等质量黑洞候选者，但研究人员认为这些新的观测结果，是宇宙中中型黑洞迄今最有力的证据。这需要两个X射线天文台的联合力量和哈勃太空望远镜的敏锐视野才能确定这只宇宙野兽。该研究的首席研究员、新汉普郡大学的林大成(Dacheng Lin)表示：中等质量黑洞是非常难以捉摸的天体，因此仔细研究并排除每个候选的替代解释至关重要。


其研究成果发表在《天体物理学》期刊上，这一发现的故事，读起来就像夏洛克·福尔摩斯的故事，涉及到抓获罪犯所需的一步步细致立案过程。研究团队利用哈勃望远镜跟踪NASA钱德拉X射线天文台和欧空局XMM-牛顿卫星的线索。2006年，这些卫星探测到了一次强大的X射线耀斑，但他们无法确定它是来自银河系内部还是外部。研究人员将其归因于一颗恒星在太靠近引力强大的致密物体（如黑洞）后被撕裂。


令人惊讶的是，这个名为3XMM J215022.4？055108的X射线源并没有位于星系中心，因为星系通常会有大质量黑洞。这增加了人们对中等质量黑洞是罪魁祸首的希望，但首先必须排除另一个可能的X射线耀斑来源：我们银河系中的一颗中子星，在加热到非常高的温度后冷却，中子星是超新星爆炸恒星的残骸。哈勃太空望远镜对准X射线源以确定其精确位置、深度、高分辨率成像提供了强有力的证据，表明X射线不是来自我们的银河系。


而是来自另一个星系外围一个遥远、密集的星团，这正是天文学家预计会发现中等质量黑洞的地方。哈勃望远镜先前的研究表明，星系中心的黑洞质量与宿主星系中心凸起成正比。换句话说，星系的质量越大，其黑洞的质量也就越大。因此，3XMM J215022.4？055108所在的星团可能是一个质量较低的矮星系的核心，该星系由于与当前较大星系宿主的密切相互作用而受到重力和潮汐干扰。


中等质量黑洞一直特别难找到，因为它们比超大质量黑洞更小，也不那么活跃；它们没有现成的燃料来源，也没有那么强的引力来吸引恒星和其他宇宙物质，这些物质会产生明显的X射线光芒。天文学家基本上必须在吞噬恒星的过程中当场“抓住”中等质量黑洞。
研究人员梳理了XMM-牛顿卫星数据档案，搜索了数十万个观测数据，终于找到了一个中等质量黑洞候选者。这颗被撕碎的恒星，发出的X射线光芒使天文学家能够估计出这个黑洞的质量为5万个太阳质量。


根据X射线光度和光谱形状估计了中等质量黑洞的质量，这比单独使用X射线光度要可靠得多，就像以前的中等质量黑洞候选通常所做的那样，之所以能用光谱拟合来估算中等质量黑洞质量，是因为它的光谱演化表明它一直处于热光谱状态，这种状态在恒星质量黑洞吸积过程中很常见，也很容易被理解。这个天体并不是第一个被认为可能是中等质量黑洞的候选者。


2009年哈勃太空望远镜与NASA的斯威夫特天文台和欧洲航天局xmm-卫星合作，确定了位于星系eso 243-49边缘被解释为imbh的物体，称为hlx-1。它也位于一个年轻大质量蓝色星团的中心，这个星团可能是一个矮星系核心，X射线来自黑洞周围的热吸积盘。
主要的不同之处在于，新发现的这个中等质量黑洞正在撕裂一颗恒星，这为它是一个大质量黑洞提供了强有力的证据，包括HLX-1在内的之前的候选者，而不是像人们经常担心的那样，它是一个恒星质量黑洞。


博科园｜研究/来自：NASA戈达德太空飞行中心
参考期刊《天体物理学》
博科园｜科学、科技、科研、科普
关注【博科园】看更多大美宇宙科学