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大中小型黑洞都凑齐，要召唤神龙嘛……
(2016-03-10 15:08:53)
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杂谈 |
银河系发现第二大黑洞
天文学家利用日本国立天文台45米口径的野边山射电天文台（Nobeyama Radio
Observatory)发现了来自黑洞的信号。这个黑洞位于银河系的中心区域，质量约为太阳的10万倍。虽然列为银河系的第二大黑洞，但按其质量看，只能算是中型的黑洞。研究团队认为，这个中等质量的黑洞是进一步了解银河系中心那个超级黑洞来源的关键！（银河中心的超级黑洞是指人马座A*，即Sgr
A*，被认为超过400万个太阳质量）
研究团队最初观测到的是一团神秘的气体云，叫做CO-0.40-0.22，距离银河系的中心仅有200光年。气团CO-0.40-0.22之所以与众不同能引起科学家的注意，是因为它令人惊异的宽泛速度弥散度：也就是说气体云中的气体运动速度相差极大。科研团队通过位于日本的Nobeyama望远镜和位于智利的ASTE望远镜进行观测时都发现了这个神秘的现象。
神秘的气体云团
为了研究气体云的构造细节，研究团队再次利用野边山射电天文台对CO-0.40-0.22进行观测，得到了18个分子发射的21条发射谱线。结果显示这团气体云呈椭圆形，并且由两部分组成：一部分形状紧凑，密度较低，有着宽达100千米/秒的速度弥散；另一部分密度较高，延展长达10光年，速度弥散的范围很窄。
▲（a）通过一氧化碳的115和346GHz发射线观察银河系的中心。白色区域表示致密气体的聚集。（b）通过氰化氢的355GHz发射线观测气体云CO-0.40-0.22。椭圆形代表了CO-0.40-0.22周围的壳状结构。（c）沿（b）图中虚线位置取得的速度弥散分布图。高达100km/s的速度弥散在CO-0.40-0.22中十分显眼。
是什么导致如此之宽泛的弥散速度呢？气体云中间并没有洞呀。此外，X射线和红外线观测均显示其中没有致密天体。这说明，宽泛的弥散速度并非该区的能量输入、如超新星爆发引起的。
研究团队对气体云进行了简单的模拟，假设其被一个强大的引力源所搅动。在仿真中，气体云先是被引力源吸引，越接近引力源气体云的速度就越快，并在最接近的一点达到速度最大值。随后，气体云经过引力源后，速度渐渐下降。研究人员发现，以10万倍太阳质量的引力源在半径0.3光年的范围内的仿真数据与观测数据最为相符。
▲（上）在一氧化硅87GHz发射线观测下的CO-0.40-0.22。
▲（上）两朵移动的气体云被强引力源影响的仿真结果。图像显示在90万年的周期中，每隔10万年气体云位置及形状的变化。（横轴单位为秒差距，1秒差距为3.26光年）
“由于X射线和红外线观测均未发现致密天体，以我们现在对宇宙的了解来看，最有可能的答案是这是一个质量中等的黑洞。”项目负责人冈朋治说道。
大中小型黑洞均凑齐
如果真是这样，这将是我们第一次发现一个质量中等的黑洞。为何这么说呢？
此前，天文学家已经对两类黑洞有所了解：一类是恒星级的黑洞（小黑洞），多是由大质量恒星爆炸而产生的；另一类是特大质量黑洞（supermassive black hole，SMBH），多位于星系的中心。特大质量黑洞一般为太阳质量的几百万甚至几百亿倍。虽然我们已经发现了几个这样的超级黑洞，但始终不知道这些大块头是怎样形成的。
有一种推测认为其是由多个中型黑洞聚合而成。但问题是至今都没有可靠的观测证据证明这些中型黑洞的存在。如果与人马座A*仅隔200光年之遥的气体云CO-0.40-0.22，真的包含一个中等质量的黑洞，那无疑是对上述假设的最强有力的支持。
观测黑洞新方法
且先不说是不是有中型黑洞，观测结果已经为使用射电望远镜观测黑洞打开了一扇新的大门。最近的很多发现都证实宇宙中存在很多类似CO-0.40-0.22的宽速度弥散度的致密气体云。一项研究表明，银河系中应该有上亿个黑洞，而通过X射线至今只观测到了十几个。大部分的黑洞也许真的是“黑”的，在任何波段都难以被发现。
“利用射电望远镜观测气体运动，也许为寻找黑洞提供了另一种方法。”冈朋治说道。“无论是野边山射电天文台对银河系的大范围观测工作，还是阿塔卡马大型毫米波阵（ALMA）对银河系周边的高分辨率观测，都有机会发现更多的黑洞。”
研究结果于2016年元旦发表于Astrophysical Journal Letters。
本文来源于科学世界
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