在一个相对较小的星系中发现一个超大质量黑洞,有助于天文学家解开最大黑洞如何成长的谜团。

研究人员利用NASA的钱德拉X射线天文台在Mrk 462星系的气体和尘埃中发现了一个黑洞,其质量约为太阳的20万倍。

Mrk 462仅包含数亿颗恒星,是一个矮星系。相比之下,我们的银河系拥有数千亿颗恒星。这是第一次在矮星系中发现被严重掩埋或“遮蔽”的超大质量黑洞。

“Mrk 462 中的这个黑洞是超大质量或怪物黑洞中最小的一个,”新罕布什尔州达特茅斯学院的杰克·帕克说,他与同样来自达特茅斯的同事瑞恩·希科克斯领导了这项研究。 “众所周知,像这样的黑洞很难找到。”

在较大的星系中,天文学家经常通过寻找星系中心恒星的快速运动来发现黑洞。然而,矮星系太小、太暗,目前大多数仪器都无法探测到。另一项技术是寻找成长中黑洞的特征,例如气体被加热到数百万度,并在落向黑洞时发出X射线。

在这项研究中,研究人员利用钱德拉观测了8个矮星系,这些星系此前曾从斯隆数字巡天项目收集的光学数据中显示出黑洞增长的迹象。在这8个黑洞中,只有Mrk 462显示出了一个正在成长的黑洞的 X 射线特征。

与低能X射线相比,高能X射线的强度异常大,以及与其他波长数据的比较,表明Mrk 462黑洞被气体严重遮蔽。

“因为掩埋的黑洞比暴露的黑洞更难被发现,找到这个例子可能意味着有更多的矮星系存在类似的黑洞,”希科克斯说。 “这一点很重要,因为它可以帮助解决天体物理学中的一个主要问题:黑洞是如何在宇宙早期就变得如此之大的?”

先前的研究表明,当宇宙的年龄还不到10亿年(仅为当前年龄的一小部分)时,黑洞的质量可以达到太阳的10亿倍。一种观点认为,这些巨大的物体是在大质量恒星坍缩形成黑洞时产生的,而黑洞的质量只有太阳的100倍左右。然而,理论工作难以解释它们如何能够以足够快的速度增加重量以达到早期宇宙中看到的大小。

另一种解释是,早期的宇宙在形成之初就孕育了包含数以万计太阳质量的黑洞——可能是由于巨大的气体和尘埃云的坍缩造成的。

在拥有超大质量黑洞的矮星系中,有很大一部分支持这样一种观点,即早期恒星形成的小黑洞种子以惊人的速度增长,在早期宇宙中形成了数十亿个太阳质量的天体。一小部分人会倾向于这样一种观点,即黑洞开始形成时,其质量为数万个太阳的重量。

这些预期之所以适用,是因为一个巨大的星云直接坍缩成中等大小的黑洞所需的条件应该是罕见的,因此,人们并不认为大部分矮星系都会包含超大质量黑洞。另一方面,预计每个星系都会出现恒星质量的黑洞。

“我们不能从一个例子中得出强有力的结论,但这一结果应该会鼓励人们更广泛地搜索矮星系中埋藏的黑洞。”帕克说。“我们对可能研究到的东西感到兴奋。”

这些结果计划在盐湖城举行的美国天文学会第239次会议上公布,并作为1月10日星期一举行的虚拟新闻发布会的一部分。

NASA的马歇尔太空飞行中心管理钱德拉计划。史密森天体物理天文台的钱德拉X射线中心控制着马萨诸塞州剑桥市的科学运行和马萨诸塞州伯灵顿市的飞行运行。

图片来源:X射线:NASA/CXC/Dartmouth Coll/J.Parker&R.Hickox;光学/红外:Pan-STARRS

阅读更多来自NASA钱德拉X射线天文台的信息

如欲了解更多钱德拉图片、多媒体和相关资料,请访问:

http://www.nasa.gov/chandra

参考来源:

https://www.nasa.gov/mission_pages/chandra/images/mini-monster-black-hole-could-hold-clues-to-giant-s-growth.html

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