七颗大质量恒星组成的密集星团螺旋式地围绕在一个中等质量的黑洞周围,这整个体系又绕银河系中心的超大质量黑洞运行

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天文学家认为他们在靠近银河系中心的位置发现了一个罕见的黑洞(即便它不是独一无二的),这样,银河系中心就存在两个庞然大物了。

这一发现也证实了黑洞基本分为小、中、大三种类型的想法。

恒星黑洞(即恒星坍塌的残余物)是普遍的,其质量通常是太阳的几倍大。多年来,科学家们已经知道很多星系存在超大质量黑洞,其中银河系有一个黑洞更是达到了三百多万太阳质量。

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新发现的这个黑洞看似一个中等质量黑洞,约为1300个太阳质量。

有些理论家认为,中等质量黑洞理应是存在的,因为他们是超大质量黑洞的基石,有一些应该分布在比较大的星系中,虽然数据显示有另外两个中等质量黑洞存在于我们的星系中,但目前所有的观测都无法给出一个确定的答案。

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黑洞是看不见的,任何物体落入其中都会被吞噬,即便是光也不例外。但是,在一个不可见的物体周围有快速运动的气体和恒星,则可以让天文学家计算出是否有黑洞存在,甚至还可以估算其质量。

如果这个编目为GCIRS 13E的新发现的天体确实是一个中等质量的黑洞,那它可能是极其罕见的,它应该是在更遥远的地方形成,然后被牵引到银河系中心的黑洞。它距已知超大质量黑洞的边缘约小于1.5光年,这个距离比太阳到最靠近的恒星的距离还要近。

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围绕这个尚未确定的中等质量黑洞运行的是7颗恒星,每一颗恒星在其全盛时期都是太阳质量的40多倍。即便成了一个死亡天体,他们还有5到10个太阳质量。这整个体系则以626,300mph(280公里/秒)的速度围绕银河系中心运行。

巴黎天体物理学研究所的研究负责人让-皮埃尔.迈亚尔((Jean-Pierre Maillard)说:“从理论上讲,这些恒星不可能是在现有的位置形成,因为其附近超大质量黑洞的引力不容许气团坍缩成恒星。“

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迈亚尔告诉SPACE网站:“从另一方面讲,这些恒星又不可能在距现在位置较远的地方形成,原因何在呢?因为时间不够,大质量恒星通常比较早死亡,而我们观测的这七颗恒星都不超过一千万年,否则它们已经爆炸灭亡了。因而这七颗恒星,连同这个中等质量黑洞在过去1000万年得不断向前迈进,这1000万年,相对于银河系130亿年的寿命而言,不过是一眨眼的功夫。

据计算,该星团可能在距离现在轨道约60光年的位置形成。

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迈亚尔说:“这七颗恒星可能是一个密集星团的残留物,有研究发现,在这种球状星团(天文学家这样称呼)中,失控的恒星发生碰撞可以形成中等质量的黑洞。“

“这个候选黑洞可能是独一无二的“,迈亚尔说,”银河系中可能存在其他中等质量的黑洞,但都不会像这个黑洞这么靠近中心位置。”

位于夏威夷的双子星天文台(the Gemini Observatory)和位于智利的欧洲南方天文台(the European Southern Observatory)的几台太空望远镜提供了这一研究的数据。

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当然,也有其他证据加以证明,铁德拉X射线天文台(the Chandra X-ray Observatory)探测到这个尚未确定的中等质量黑洞位置与一个X射线的光源重合。众所周知,黑洞在气流像内旋转并且过热时会发出高强度的X射线。

迈亚尔还提醒道:“得做更多的观察和研究来确定该天体的存在,并甄别其身份。“

这一发现于上周发布,详情刊登在天文学和天体物理学(Astronomy and Astrophysics)期刊上。黑洞是一个时空区域,它的引力非常强,任何东西包括粒子或其他诸如光之类的电磁波都无法逃离它。广义相对论预言,足够致密的质量可致时空扭曲变形,形成黑洞。无法逃逸的边界称为“事件视界“。但根据广义相对论,尽管事件视界对穿越它的物体的命运及其环境有巨大的影响,但也没有实地的特征可检测。黑洞不反射光,在很多方面,它更像一个理想的黑体。此外,弯曲时空量子场论预测,事件视界会释放霍金辐射,其光谱与其温度和自身质量成反比的黑体相同,这个温度对于恒星黑洞来说是十亿分之一开尔文的量级,这使得它基本上不可能被直接观测到。

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18世纪,约翰.米歇尔(John Michell)和皮埃尔-西蒙(Pierre Simon)首先思考引力场太强以致于光都无法逃逸的天体。1916年,卡尔.史瓦西(Karl Schwarzschild)首次发现了广义相对论的现代解决方案。1958年,大卫.芬克尔斯坦(David Finkelstein)首次发表对黑洞的解释,即任何东西都无法逃逸的空间区域。长期以来,黑洞被视为一道数学谜题,直到20世纪60年代,理论工作才表明这些不过是广义相对论的一般预测。1967年,约瑟琳.贝尔.伯奈尔(Jocelyn Bell Burnell)发现了中子星,这引起人们对引力坍缩的致密天体作为一种天体物理学事实的兴趣。第一个已知的黑洞是天鹅座X-1(Cygnus X1),由几位研究人员在1971年甄别完成。

大质量恒星在其生命周期结束时会坍缩成黑洞。黑洞形成后,它还可吸收周围的质量继续增长。数百万太阳质量的超大黑洞可以通过吸收其他恒星并与其他黑洞合并形成。大多数星系中心都存在超大质量黑洞,这是大家的普遍共识。

黑洞的存在可以通过它与其他物质及可视光等电磁辐射的相互作用来推断,落入黑洞的物质会形成一个外部的吸积盘,通过摩擦发热,从而形成类星体,这也是宇宙中一些最亮的天体。距离超大质量黑洞太近的恒星在被“吞噬“之前会被撕碎成闪亮的流光,如有其他恒星绕黑洞运行,其轨道可以用来确定黑洞的质量和位置。这样的观察可以用来排除其他可能的天体,例如中子星。通过这种方式,天文学家已经在双星系统中识别出众多恒星黑洞候选者,并且确定了位于银河系中心的名为人马座A*(Sagittarius A*)的射电波源包含一个约430万太阳质量的超大质量黑洞。

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2016年2月11日,LIGO科学合作组织(LIGO Scientific Collaboration)和Virgo合作组织(Virgo Collaboration)宣布首次直接探测到引力波,也代表首次观测到黑洞合并。截至2018年12月,观测到由10个黑洞合并连同一个双中子星合并引发的11个引力波事件。2017年事件视界望远镜(EHT)对梅西耶87(Messier 87’s)星系中心的超大质量黑洞进行了观测,随后,2019年4月10日,他们发布了首张黑洞及其附近区域的直接图像。2021年3月,事件视界望远镜合作组织(EHT Collaboration)发布了黑洞的偏振图像,这或许能更好地展现类星体形成的力量。

截至2021年,已知离我们最近的被认为是黑洞的天体约为1500光年(见最近的黑洞列表)。虽然迄今为止在银河系中只发现了几十个黑洞,但应该有数亿万黑洞存在,他们大部分是独立的,且不会产生辐射,因此,只能通过引力透镜才可以检测到。

BY: Robert Roy Britt

FY: Brite SUN

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