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北大教授发现隐匿超大质量双黑洞

发稿时间:2014-04-24 13:49:00 来源: 南方网 中国青年网

  

 

  图 1、星系中心互相绕转的超大质量双黑洞恒星潮汐撕裂事件艺术想象图。主黑洞将一颗恒星撕碎裂成细长气体流,该气体流在流向黑洞形成围绕黑洞旋转的吸积盘时被高温加热产生强烈X-射线辐射。当次黑洞绕转到气体流附近(但不穿过)时,产生的破坏性引力扰动作用使气体流中部分气体流飞离,留下一段空隙。X-射线出现突然下跌直至黑暗现象对应空隙到达主黑洞时刻。(绘图:ESA -C. Carreau)

        2014年4月22日,欧洲航空航天局(ESA)(http://sci.esa.int/home)发布新闻,报道北京大学物理学院天文学系刘富坤教授及其合作者近日发现的一对互相绕转的超大质量双黑洞。这是首次在普通星系中发现超大质量双黑洞。这对隐匿的双黑洞之所以能够被发现是因为它们最近潮汐撕裂了一颗恒星,而欧空局的XMM-Newton X-射线卫星当时恰巧正对准它们所在的方向进行观测而目睹了这一事件。这次发现验证了刘富坤教授等学者于2009年提出的关于双黑洞的一个理论预言,同时也开启了天文研究的一个新领域。

  天文学家们相信,几乎所有大质量星系中心都寄住着至少一个超大质量黑洞,而存在两个超大质量黑洞则是该星系曾与另外一个星系发生并合的铁证。因此,发现超大质量双黑洞能明确告诉天文学家星系是如何演化到它们目前的大小和形态的。

  在此之前,天文学家们已发现了几对超大质量双黑洞,但这些已发现的双黑洞都位于一类特殊的、活动的星系中。在这些活动的星系中,黑洞持续不断地从星系中吸积气体云团,同时加热这些被吸积的气体到极高温度,然后在包括X-射线在内的众多波长上发出强烈的光芒,使得这些星系具有一个明亮的、活跃的中心,因而被天文学家们称为“活动的星系核”。这次刘富坤教授及其合作者的新发现的重要性在于,它是首例发现于不活动的普通星系中的超大质量双黑洞。而宇宙中绝大多数星系都是不活动的普通星系。

  大爆炸宇宙学星系形成和演化理论预言,所有大质量星系中心都曾经寄住过或正寄住着超大质量双黑洞。然而,要发现它们则是一项极端困难和挑战的任务,因为顾名思义,黑洞本身是不发光的,而静宁星系中心又没有气体云团块供黑洞吸积和加热,因而这些星系中心的黑洞几乎总是处于彻底的黑暗之中。

  天文学家们所能寄予的唯一希望就是当其中的一个黑洞开始工作——将一颗偶尔飞临的恒星撕裂成碎片时,恰巧对准该方向进行观测。这样的现象被天文学家们称为“恒星潮汐撕裂事件”。伴随着恒星被黑洞潮汐引力撕裂,它会产生强烈而短暂的X-射线闪耀。

  2010年6月10日,XMM-Newton X-射线卫星捕捉到一例来自大熊座星系SDSS J120136.02+300305.5的恒星潮汐撕裂事件。随后启动的XMM-Newton X-射线卫星和美国国家航空航天局(NASA)的Swift卫星的跟踪观测表明,它起初看起来完全就是一例由单个超大质量黑洞引起的典型恒星潮汐撕裂事件。但随着对该缓慢衰落的X-射线闪耀进行一天又一天的追踪监测,奇怪的事情突然发生了!在距该恒星潮汐撕裂事件被发现之后的第27天到第48天之间,其X-射线辐射瞬间暴跌至卫星的探测极限之下——从X-射线卫星的视野中彻底消失了,然后它突然重新出现并遵循着暴跌之前的初始规律缓慢衰落,就好像什么也不曾发生过一样。

  刘富坤指出,这一奇怪行为和人们所预期的发生在超大质量双黑洞中的恒星潮汐撕裂事件的特征完全一样。

责任编辑:王旭
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