中型黑洞

摘要

中型黑洞，指的是美國國家航空和航天管理局的戈達德太空飛行中心的天文學家們在銀河系ngc 5408號星雲發現了x射線，這意味著科學家首次發現中型黑洞，中型黑洞可以容納質量為太陽的100到10000倍的物質。

中型黑洞

中型黑洞，中型黑洞可以容納質量為太陽的100到10000倍的物質，美國范德比爾特大學的物理學和天文學助理教授凱利·霍利－伯克爾曼與同事利用複雜的計算機模型，推算出了中等質量黑洞與球狀星團里的大量小質量黑洞合併後可能發生的情況，這種合併可能產生出成百上千個中型黑洞，合併所產生的力量可能使這些中型黑洞以最快每秒4000公里的速度彈出球狀星團，即使模擬得到的平均速度每秒200公里也比一般天體的逃逸速度高很多，這意味著球狀星團中任何一次這樣的黑洞合併都會使新黑洞逃離原來的棲息地，因為球狀星團的逃逸速度還不到每秒100公里。

美國天文學家不久前通過計算機模擬研究發現，銀河系裡可能有成百上千個中型黑洞逃離了其原先所在的星團，獨立於任何恆星系，伺機吞噬路過它們附近的恆星和行星。天文學家認為，這些黑洞由球狀星團（由恆星群組成的古老球形星團）中的黑洞合併後形成。由於它們的引力半徑很小，只有幾百公里，所以無法對距離它們極其遙遠的地球造成威脅，但可能吞沒」誤入」其引力範圍的星雲、恆星和行星。黑洞是一種體積極小、質量極大的天體，在它的強大引力作用下，其自身的光都無法向外逃逸。因此，黑洞不能被直接看到，只能依據黑洞對附近恆星等的引力作用和黑洞輻射，間接探測其存在。

宇宙中已知的黑洞主要有超巨黑洞和小質量黑洞兩類。超巨黑洞一般存在於星系的中心，質量達到太陽的數百萬倍甚至數十億倍。小質量黑洞的質量與太陽基本處於一個數量級，據認為主要由質量相當於太陽10倍左右的恆星發生超新星爆炸後形成。科學界曾為兩種黑洞之間是否還有「中間類型」爭論了多年。美國天文學家曾於2002年宣布，在飛馬星座的ｍ15球狀星團區域觀測到兩個中等質量黑洞存在的跡象。近年來的ｘ射線觀測也發現了它們存在的證據。

中型黑洞

當天文學家研究「輕量級」和「重量級」的黑洞已有數十年之久的時候，有關「中型」黑洞存在的證據卻越難越得到，但是現在美國國家航空和航天管理局（nasa）的戈達德（goddard）太空飛行中心的天文學家們在銀河系ngc 5408號星雲發現了x射線，這意味著科學家首次發現「中型」黑洞。戈達德太空飛行中心的天體物理學家特德斯特梅耶（tod strohmayer）說到中型黑洞可以容納質量為太陽的100到10000倍的物質。我們已經在銀河系的的中心觀測到重型黑洞，在我們自己的星系中也觀測到了繞恆星運動的輕型黑洞的情況，但是發現中型黑洞對我們來說還是個難題。

某些附近包含強烈光線的星系人們稱之為ultraluminous x-ray sources（ulxs）。他們放出的能量似乎比任何已知的由恆星供能的變化過程要多，但是又比活動星系中心放出的能量要少，這些活動星系包含了數百萬倍於太陽質量的黑洞。馬里蘭大學的天體物理學家理查莫索基（richard mushotzky）說ulxs是中型黑洞非常好的候選者，在銀河系ngc 5408號星雲發現的一個尤為有趣。這個星系距離人馬座星群1580萬光年。在2006年和2008年，莫索基和斯特梅耶利用歐洲太空總署的環軌道運行的牛頓天文台（xmm-newton ）的觀測設備研究了被稱作ngc 5408 x-1星系的根源。

牛頓天文台偵測到了天文學家們稱之為「擬周期振蕩（quasi-periodic oscillations）」的現象。「擬周期振蕩」是一種由星系中某些巨大物質周圍的吸積盤(accretion disk)中的大量熱氣而產生的近似常規的閃動，這種閃動的速率要比那些我們從星團狀黑洞中看到的慢100倍。但是在x射線方面，ngc 5408 x-1由於同樣的原因要勝過別的星團狀黑洞。 根據振動的時機和放射現象的特點，莫索基和斯特梅耶得出了這樣的結論——ngc 5408 x-1星系包含有1000到9000個太陽質量的物質。這一研究成果刊登在10月1日出版的天體物理學雜誌（the astrophysical journal）上。

斯特梅耶鑒於這樣大的物質，那些我們看不到的黑洞表面的直徑應該有3800到34000英里。如果ngc 5408 x-1星系確實積極的吸收氣體來滿足其巨大規模的x射線放射現象，那麼這種物質很有可能是從按軌道運行的恆星中流入黑洞的。這種現象在人類所處星系中的星團狀黑洞中是很典型的。

中型黑洞

斯特梅耶已經獲得了nasa的威夫特衛星（swift satellite）的幫助，威夫特衛星將幫助其搜尋那些將幫助標誌ngc 5408 x-1星系的施主性恆星（donor star）軌道的各種微妙的x射線。斯特梅耶解釋只有威夫特衛星可以同時保證x射線成像的敏感度和搜尋計劃的時間靈活性，這兩樣對搜尋計劃很有幫助。從2008年4月開始這項搜尋計劃開始到現在，威夫特衛星每周都會數次將它攜帶的x射線望遠鏡對準ngc 5408 x-1星系進行搜索。

威夫特衛星每隔115.5天就會偵測到輕微的x射線的起伏變化，如果這確實是一顆恆星活動的軌道周期，那麼它肯定是一顆超大的恆星——其質量大約是太陽質量的三到五倍。該學術理論已被公眾肯定，將發表在未來一期的天體物理學雜誌上。威夫特衛星的偵測範圍僅僅覆蓋了4條環形軌道，所以偵測活動還將繼續以確定x射線調製的軌道性質。愛荷華大學的菲利普卡特（philip kaaret ）稱天文學家們研究ngc 5408 x-1星系已經很久了，就是因為它是中型黑洞的無二人選之一。菲利普從無線電波長的角度聯合其他研究課題研究該項目，他表示這些研究結果告訴我們在靠近黑洞的地方正在發生什麼，同時也為這個黑洞具有不同一般的巨大規模增添了強有力的佐證。