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纺织科技

大科技》杂志:巨大黑洞形成之谜

发布人:万豪娱乐 来源:万豪国际娱乐平台

    

  庞然大物总是会令人类,比如曾经叱咤风云的恐龙一族,再比如人们在深处发现的超大型黑洞。

  黑洞是中最神秘的,上个世纪60年代,科学家从理论上提出,在星系的中心应该存在超大型的黑洞,它们的质量同太阳相比,要大几百万倍到数十亿倍!可是,在美国的哈勃太空望远镜升空之前,人们并没有直接观测到巨大黑洞存在的天文。

  自从1990年哈勃太空望远镜升空并开始运转后,它在数个星系的中心都发现了高速旋转的气体,这让科学家十分兴奋,因为他们得到了计算质量的“钥匙”。在公转的时候,都要满足开普勒定律。根据开普勒定律,旋转的速度与质量的平方根成正比,与旋转半径的平方根成反比。因此,观测的旋转速度和旋转半径,就能求出的质量。利用开普勒定律,科学家计算后发现,在星系中心高速运动的气体所围绕的区域中,正是理论上所预言的超大型黑洞的藏身之处。

  比如,在M87星系中心直径15光年内的区域里,包含了达太阳质量30亿倍的,在另一个星系的中心半径300光年内的区域里,包含着太阳质量20亿倍的。显然,这些都属于超大型黑洞。

  最近的一个新发现更让科学家激动不已。科学家利用由10台无线电望远镜组成的列阵进行天文观测,这种望远镜列阵能获得极高分辨率的图像。经过一年半的观测,在距离地球2.6亿光年远的仙女座星系的中心,他们发现了黑洞物质所产生的射电。追溯射电的源头,可以发现这个源头在以1.05光年为周期,以长轴在0.3光年左右的椭圆轨道绕着另一个旋转。科学家可以根据轨道的周期和椭圆轨道的形状来估算两个的质量。结果他们发现,两个的质量之和是太阳的100亿倍!在直径只有约1光年的狭窄空间中,存在这么大的质量的,科学家只能认为,这两个都是黑洞。这是世界上首次发现两个超大型黑洞像双星那样近距离共存。

  科学家预计,这两个黑洞将在1万年后合并。地球绕太阳旋转而没有落入太阳里,是太阳的质量还不够大,地球的角动量能够保持,因此可以持续公转。但是,如果绕着如黑洞那样大质量的旋转,两个之间的引力波十分强大,会导致两个的角动量减少,于是两个黑洞会逐渐地靠近,最终一个把另一个“吞食”掉。

  这些太空中的“恐龙”正在显露出它们的面目。如此巨大质量的黑洞是怎么形成的?太阳这样的普通恒星可以通过星云凝集来形成,可是超大型黑洞却似乎无法从这种集腋成裘的方式中诞生。科学家为它们的诞生之谜头疼不已。

  超大型黑洞的形成需要庞大的质量,因此它也许是由许多小黑洞聚集而成的。从这个思考虑,一些科学家提出,超大型黑洞是由星暴星系产生的。

  很久以来,天文观测表明,在星系合并和相互作用的地方,经常出现圆盘状的恒星形成暴。最近人们认为,即使两个星系不合并,靠得很近的星系之间的相互作用也能使星系旋转不稳定,导致气体如漏斗般向核心聚集,点燃了围绕核心的星暴。所谓的星暴星系正是大量恒星正在快速诞生的星系。普通的星系比如也形成恒星,但是形成的速度很慢。而在星暴星系中,恒星的形成常剧烈的,如果星暴星系能够保持稳定,它内部形成新恒星的气体消耗的速度非常快。著名的星暴星系有M82星系。

  星暴星系以迅猛的速度产生新星,同时又以迅猛的势头引起爆发。最终,产生了大量的太阳质量级别的黑洞。这些黑洞再集合周围气体,变成质量更大的黑洞。科学家推测,这些距离很近的黑洞有可能会相互合并,形成巨大的黑洞。

  星暴星系有足够的物质来形成超大型黑洞。但是很可惜,根据目前的理论计算,这样的黑洞合并方式太缓慢了,即使经过100亿年,黑洞聚集的气体质量也只占其自身质量的百分之几。

  最近,在M82星系附近,科学家发现了一颗不大的恒星,在恒星的旁边,有一个发射X射线的区域,经过分析,这个区域应该是一个黑洞,恒星其实是这个黑洞的伴星。

  有了这颗伴星,天文学家可以很轻松地计算出这个新发现的黑洞的质量。这个黑洞比绝大多数星系中心的特大质量的黑洞要轻得多,但是也比那些只有几倍太阳质量的黑洞要重,它是太阳质量的500倍,正是科学家寻找了很久的“中间型”黑洞。

  这个黑洞的伴星其实是一颗红巨星,处于恒星生命的最后阶段,膨胀自身,因此变得巨大。也正因为这个恒星有这样的尺寸,才提供给黑洞足够的“燃料”,使黑洞区域被,让研究者观察到。黑洞泄露的X射线天就变得更明亮,说明黑洞正在从伴星外层夺取气体。当伴星膨胀,并给黑洞“喂食物”的时候,黑洞就出了X射线。

  这第三种黑洞是如何形成的呢?天文学家猜测,M82里的这个黑洞是由一个巨星星簇形成的,在强大的引力下,大量恒星被压缩到只有100光年直径的区域里。从理论上讲,整个星簇最终将坍缩,产生一个短命的巨恒星,巨恒星继续坍缩,最终形成一个中型黑洞。科学家估计,通过这种方式形成的黑洞,它们的质量应该是我们的太阳质量的几百倍到上万倍。

  一位美国科学家提出,在诞生之初,大质量可以直接坍缩,产生类似目前所发现的中间质量黑洞的。在大爆炸后30万年,光线已经可以飞翔,如果那时有人观测,就能一眼望到遥远的地方。在放晴后,此时诞生的黑洞一般为太阳质量的10万倍到100万倍,而且基本上是在与星系无关的地方产生的。

  如果这样大小的黑洞与星系相遇,黑洞会逐渐落入星系的中心。假如平均每年落入星系中心的物质有一个太阳质量的级别,那么1亿年的时间,就可以积聚1亿倍太阳质量,这足以形成巨大的黑洞。

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