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科學家計算出巨型黑洞大小：66億倍太陽質量(組圖)

發表：2011-01-14 18:58

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科學

這是一幅藝術想像圖，模擬的是未來當我們的技術可以允許我們看到M87核心時將會看到的景象。大量氣體圍繞在中央黑洞周圍的吸積盤上，不斷流向黑洞視界範圍內。圖像中間的黑色部分就是黑洞本身，即視界定義的範圍，在這一範圍以內，任何物質都無法逃逸。

這是其中一個新近發現的「雙黑洞」。左側的圖像來自斯隆數字巡天項目（SDSS）。而右側的圖像來自凱克天文臺，其解析度允許辨別出兩顆緊靠在一起的活動星系核，它們的強大能量來自黑洞的驅動。

天文學家們近日表示，得益於一種新的方法，他們已經得到了有關我們附近宇宙中最大質量黑洞確切的質量和大小估算值。

一直以來，天文學家們一直都知道在M87星系的核心存在一個超大質量黑洞，但是關於它究竟有多大，學術界則意見不一。一些意見認為這個黑洞大約具有30億個太陽質量。不過，在2009年，美國德克薩斯大學麥克唐納天文臺的卡爾·吉布哈特(Karl Gebhardt)採用新方法對已有數據進行分析後給出了不同的答案：64億倍太陽質量。

「不過這還有很大的不確定性，」吉布哈特說。近日，他和他的同事們正式宣布了他們使用更精確的數據進行計算的結果。這些數據來自夏威夷雙子天文臺以及麥克唐納天文臺的觀測。計算顯示，M87中央黑洞的質量不會小於66億倍太陽質量，誤差正負4億倍太陽質量。

對於一個距離我們僅有5000萬光年的星系，這個消息不壞。

吉布哈特在此間正在西雅圖召開的美國天文學會(AAS)冬季會議上對記者表示：「在離開我們這麼近的距離上，存在這樣的大質量星系和黑洞，非常令人激動。你知道，這個距離真的就相當於是我們的後院一樣。」

這項研究已經被《天體物理學雜誌》接受，即將發表。

觀測和計算過程

吉布哈特的小組運用了雙子望遠鏡上的一種設備，名為「近紅外場光譜儀」。它能測量圍繞黑洞運行的恆星的速度。當然這臺望遠鏡不能直接看清單個的恆星，但是藉助自適應光學系統，這臺光譜設備的解析度足以幫助小組研究人員確定星群的平均移動速度。自適應光學系統是一種通過計算機控制的微調系統，用以計算並補償由於大氣擾動產生的光學成像模糊現象，從而大幅提高地面望遠鏡的成像質量。

而另一方面，吉布哈特的同事，他的研究生杰里米·穆菲(Jeremy Murphy)則在麥克唐納天文臺，使用哈蘭·史密斯望遠鏡(Harlan J. Smith Telescope)上的一臺設備來追蹤M87星系外緣恆星的運動狀態。VIRUS-P光譜儀收集「天空的星光」，並判斷這整個星系的總質量，包括圍繞星系邊緣分布的暗物質。計算的結果是5.7萬億倍太陽質量。

所有這些結果被輸入計算機以便生成一個電腦模型，最後的計算結果是一個約66億倍太陽質量的黑洞，視界直徑達200億公里。「這差不多是冥王星軌道距離的三倍，這個黑洞能毫不費力地吞下整個太陽系。」

吉布哈特表示，他的小組的工作顯示了我們有能力判斷遙遠星系中黑洞的質量，只要我們能運用高精度的設備測量出其周圍的恆星運動數值。他說：「這給了我們信心去對更遙遠的星系進行測量研究。」

其中就有這樣一個星系，距離地球達35億光年，據稱含有一個180億倍太陽質量的黑洞。如果被證實，這將使M87中央的超大質量黑洞相形見絀。但是目前的這一估算值是建立在間接的數據基礎之上的，吉布哈特希望他能運用第一手的測量數據去做出更好的判斷。

直接觀測黑洞的嘗試

正如許多科幻迷們所熟悉的，黑洞是一種超級緻密的奇異天體。它擁有極強的引力，使得即便光束也無法從它的表面逃離。任何進入它的邊界，即所謂「視界」範圍之內的信息和物體將無法離開。黑洞可能形成於恆星生命最後的急速塌縮，或成為星系的超大質量核心。目前，天文學家們已經觀測到似乎源自黑洞的噴流和輻射現象，甚至還觀測到了圍繞黑洞運行的炙熱氣體吸積盤。但至今尚沒有一起黑洞的直接觀測記錄。

「目前尚沒有直接的證據證明黑洞確實存在，就觀測證據而言，絕對是一片空白。」吉布哈特在雙子天文臺的一場發布會上說。「在現階段，為了確認黑洞的存在，我們採用的是排除法。也就是說，對於某些天文現象，除了黑洞，其他解釋看起來真的站不住腳。」

吉布哈特很希望自己能直接看到黑洞，或僅僅是它的視界邊界也行。他認為對於這個想法，M87將是個很好的候選目標，因為它的質量很大。我們所在的銀河系中心也有一個黑洞，不過要小得多，可能僅有400萬倍太陽質量。這僅僅相當於M87中央黑洞最新估算值正負誤差範圍的1%。

不管你信不信，一些天文學家正在謀劃著實施一個宏偉的計畫，名為「視界望遠鏡」(Event Horizon Telescope)，其目標就是對銀河中央的黑洞進行觀測。這項計畫需要調動甚長基線干涉儀(VLBI)的全部射電望遠鏡，並採用亞毫米波接收器。這樣就有可能獲得銀河中央黑洞視界範圍的圖像。

「我們還需要兩三年時間來實施這個計畫，」吉布哈特說。並且當視界望遠鏡準備就緒時，他希望M87將成為候選目標。「這可是目前我們所知最清晰，最好的黑洞候選目標。」

美國天文學會會議上的其他有關黑洞的消息：

1、藉助位於夏威夷的10米口徑凱克望遠鏡，天文學家們已經在星系合併現象中發現了16對密近黑洞，即靠的很近，關係密切的「雙黑洞」。來自加州理工大學的天文學家喬治·多戈夫斯基(George Djorgovski)說：「這一發現補上了我們目前觀測中缺失的一環，即遠距離的雙星系統，以及正發生合併的黑洞。」這16個「雙黑洞」是凱克望遠鏡逐個檢查50個候選目標時被發現的。同樣，自適應光學系統對觀測成功起到了至關重要的作用。

這一觀測結果支持了現有的宇宙結構理論，即宇宙中的結構是由「不同等級的合併事件」形成的。多戈夫斯基開玩笑說，要是觀測結果和現有理論不符，那樣才有趣呢。「只是很可惜，看起來我們現有的這一理論是正確的。」

2、另一組天文學家則正關注著黑洞系統的「心跳」。藉助美國宇航局錢德拉X射線天文臺和羅西X射線時變探測器(Rossi X-ray Timing Explorer，RXTE)，他們對GRS 1915+105展開了細緻研究。這是銀河系中一個被認為含有一個約14倍太陽質量黑洞的雙星系統。環繞黑洞旋轉的物質吸積盤大約每50秒會發出一次X射線脈衝。通過對這種X射線脈衝變化的監測，科學家們得以追蹤物質的流入狀況。

「每一次脈衝都意味著一部分物質落入視界範圍以內，」來自哈佛大學的喬伊·尼爾森(Joey Neilsen)解釋道。「不過事實上，下落過程中有95%的物質都被黑洞風吹走了。」喬伊說，每天被從吸積盤上吹走的物質的質量都相當於三分之一個月球質量。

来源:新浪科技

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