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170亿个太阳的质量:不断增长的黑洞是天文学家观测到的最明亮的物体

2024-02-26 09:03:59  来源:激光网原创    

激光网2月26日消息发布在《自然天文学》上的一项新研究描述了天文学家观测到的最明亮的物体。它是一个质量为170亿个太阳的黑洞,每天吞噬的质量比太阳还大。

几十年来,人们已经知道它了,但由于它如此明亮,天文学家认为它一定是附近的一颗恒星。只有最近的观测揭示了它的极端距离和光度。

该物体被命名为J0529-4351。这个名字只是指它在天球上的坐标——一种将天空中的物体投射到球体内部的方式。它是一种称为类星体的物体。

类星体的物理性质最初是未知的。但在1963年,来自类星体3C 273的可见光被分成其所有波长。这表明它位于近20亿光年之外。

考虑到3C 273在我们看来有多亮,以及它有多远,它一定是非常明亮的——这是天文学中的一个术语,指的是物体在单位时间内发出的光量。这种极端光度的唯一已知能量来源是通过落入超大质量黑洞的物质。因此,类星体是宇宙中增长最活跃的黑洞。

超大质量黑洞通常位于星系的中心。与所有类星体一样,J0529-4351由物质提供动力,主要是过热的氢气和氦气,从周围的星系落入其黑洞。

每天大约有一倍于太阳质量落入这个黑洞。究竟有多少气体可以被引导到星系中心以增加黑洞的质量,这是天体物理学中一个悬而未决的问题。

在星系的中心,气体形成一个薄的圆盘形状。粘度和薄盘中的摩擦特性有助于将气体加热到数万摄氏度。当在紫外线和可见光波长下观察时,它足够热,可以发光。我们可以从地球上观察到这种光芒。

J0529-4351的质量约为170亿个太阳,并不是已知质量最大的黑洞。一个天体位于星系团Abell 1201的中心,相当于300亿个太阳。然而,我们需要记住,由于光穿过这个物体和地球之间的广阔距离需要时间,我们在宇宙只有 15 亿年的时候目睹了它。它现在大约有 137 亿年的历史。

因此,这个黑洞在被观测到时,一定以这种速度增长或吸积了宇宙年龄的很大一部分。作者认为,黑洞的气体吸积发生在接近物理定律规定的极限。更快的吸积会导致黑洞周围出现更明亮的气体盘,这反过来又可以阻止更多的物质落入其中。

J0529-4351几十年来一直为人所知,但尽管它有一个比我们太阳系大15,000倍的气体吸积盘,并且占据了自己的星系——可能接近银河系的大小——但它是如此遥远,以至于它在我们的望远镜中看起来像一个光点。

这意味着很难与我们银河系中的数十亿颗恒星区分开来。要发现它实际上是一个遥远的、强大的、超大质量的黑洞,需要一些更复杂的技术。首先,天文学家从红外波段的中间收集光。

恒星和类星体在这些波长下看起来完全不同。为了证实这一观测结果,使用澳大利亚国立大学位于新南威尔士州Siding Spring天文台的2.3米望远镜拍摄了一个光谱。

而且,与3C 273一样,光谱揭示了物体的性质以及它的距离——120亿光年。这凸显了它的光度必须是多么极端。

尽管有这些测量结果,但仍需要进行一些检查以确认类星体的真实光度。首先,天文学家需要确保光线没有被天空中离地球更近的光源放大。就像眼镜或双筒望远镜中使用的镜片一样,星系可以充当镜片。它们是如此密集,以至于它们可以弯曲和放大更远的光源的光,这些光源在它们身后完美对齐。

来自欧洲航天局盖亚卫星的数据对J0529-4351的位置进行了极其精确的测量,用于确定J0529-4351确实是天空中单一的非透镜光源。这得到了欧洲南方天文台在智利的超大望远镜设施拍摄的更详细的光谱的支持。

J0529-4351很可能成为未来研究类星体和黑洞生长的一个非常重要的工具。黑洞的质量是一个基本属性,但很难直接测量,因为对于这种荒谬的大而神秘的物体,没有一套标准的称重秤。

一种技术是测量黑洞对在大云中围绕它运行的更多弥散气体的影响,称为“宽线区域”。这种气体通过宽的“发射线”在光谱中显示出来,这是由电子在电离气体中的特定能级之间跳跃引起的。

这些线的宽度与黑洞的质量直接相关,但对于最明亮的物体来说,这种关系的校准测试非常差。然而,由于J0529-4351在物理上如此之大,如此之亮,将可以通过安装在VLT上的新仪器来观测。

该仪器将直接测量黑洞质量,并校准用于估计其他高光度物体质量的关系。

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