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距地仅8000光年黑洞为何让科学家担忧?又小又近,还不发射X射线

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匿名
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匿名  发表于 2019-11-7 15:44 回帖奖励 |正序浏览 |阅读模式

距地仅8000光年黑洞为何让科学家担忧?又小又近,还不发射X射线





  理论上看,黑洞的质量是太阳的五到六倍,而天文学家新发现的这个黑洞质量只有太阳的3.3倍,比一般闪亮、能够发射X射线和以引力波方式在宇宙中传播信号的那些黑洞质量要小的多。目前我们引力波的敏感质量要达到太阳质量的20到30倍,太小了难以探测,所以天文学家几乎找不到这么小质量的微型黑洞。

  说到黑洞,有两个家伙你肯定要知道,第一个是银河系中心的人马座A黑洞,这是统领银河系的庞然大物,质量相当于400万个太阳,距离地球2.6万光年。另一个就是天鹅座X-1黑洞,质量大约为14个太阳,距离地球6000多光年。需要指出的是,3000多光年外的麒麟座V616目前还是黑洞候选者,暂时不列出。从这两个数据可以看出,最近的黑洞距离我们几千光年。问题来了,到底是黑洞普遍距离我们很远,还是我们的探测方法、精度不够,无法找到更多的黑洞呢?答案当然是后者。因为比天鹅座X-1黑洞还远一些的地方,科学家发现了一个更惊人的黑洞,这就是一颗质量仅为3.3倍太阳质量的黑洞,距离我们仅仅8000光年。目前这颗黑洞还没有给出确定的编号,但已经让科学家感到担忧。

  

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  图注:《星际穿越》中基普索恩设想的卡冈图亚黑洞,非常明亮的原因是其吞噬了物质,质量更是达到1亿倍太阳质量

  

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  图注:银河系黑洞,质量为400万倍太阳质量,恰恰我们并不害怕两招锁定目标

  这是一个几乎不可能找到的黑洞,全靠运气。发现该黑洞是一个偶然,天文学家在执行APOGEE阿帕奇点天文台银河系演化实验时,利用位于新墨西哥的观测平台对夜空进行巡视,这也是新斯隆数字巡天III期项目。天文学家利用光谱数据搜索恒星的调查数据,对10万颗及以上的恒星进行观测,发现有一些恒星多普勒频移现象十分明显。所谓的多普勒频移就是当一个物体远离地球时,发出光的波长变长,这个过程被称为“红移”现象;当一个物体靠近地球发出的光波长较短,与红移现象相对应的,这个过程叫作“蓝移”现象,由此可以判断其运行方向。

  

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  图注:探空气球携带HERO望远镜拍摄的天鹅座X-1黑洞

  

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  图注:天鹅座X-1黑洞释放的喷流,长达数光年,这说明该黑洞已经显示自己的存在

  在这些数据中,科学家发现了一颗编号为2MASS J05215658+4359220的恒星,距离我们大约8000光年。其亮度在持续地变亮或变暗,而且它的亮度是根据围绕恒星运转物质的运行周期变化的。其多普勒频移较为明显,通过观测研究它们的光变曲线,发现这颗恒星的亮度在持续地变亮或变暗,而且它的亮度是根据围绕恒星运转物质的运行周期变化的。

  调取这颗恒星的光变曲线项目叫做ASAS-SN全天自动超新星搜索项目,可监控全天突然出现的超新星,通过遍布全球的天文望远镜监测夜空,大规模地收集大量恒星的观测数据。当然这些数据都是计算机存档,你需要调取才能获得其详细数据。这里说个题外话,我们目前掌握了太阳系周围大约10万颗恒星的基本数据,但计算机无法挑选出有用的信息,只要遇到问题了,再从数据库中检索出目标恒星,这次也不例外,2MASS J05215658+4359220恒星就这样被锁定。

  

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  图注:ASAS-SN超新星搜索项目望远镜又小又近,还不发射X射线

  那么该恒星光变曲线异常是因为其伴星看不见,很快我们认识到这是一个黑洞。但是问题又来了,黑洞吸积伴星物质,会发射X射线,为何在如此近的距离上,这个黑洞都不发作呢?拨开层层伪装,科学家终于抓到问题的核心,这应该是一颗质量非常小的黑洞,其吸积半径非常小,进一步分析和计算,得出该黑洞的质量仅为3.3倍太阳质量!刷新了黑洞质量下限!

  理论上看,黑洞的质量是太阳的五到六倍,而天文学家新发现的这个黑洞质量只有太阳的3.3倍,比一般闪亮、能够发射X射线和以引力波方式在宇宙中传播信号的那些黑洞质量要小的多。目前我们引力波的敏感质量要达到太阳质量的20到30倍,太小了难以探测,所以天文学家几乎找不到这么小质量的微型黑洞。这个天体质量极小,容易转变成一颗超大质量中子星,如果该物质的质量快要达到预估的巅峰值,那除了黑洞没有别的可能。如果这个3.3倍太阳质量的黑洞能够一直保持着这样的质量不变,那么天文学家就有机会发现这些同类型黑洞的位置。此研究一旦被证实,就说明宇宙中很可能存在着大量不发射X射线的黑洞。

  

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  图注:微型黑洞难以察觉

  作为2MASS J05215658+4359220恒星的伴星,这个黑洞吸积半径太小,还无法对这颗恒星构成实质性的影响,相当于潜伏在其周围。由于其没有吸积物质,也不会发射X射线,就像一个引力陷阱那样恐怖。最关键的是,其距离我们仅为8000光年,换个角度看,要不是这次偶然的发现,我们还不知道在几千光年外,还有这样的黑洞存在。威胁程度增加

  微型黑洞并不可怕,问题在于我们找到它们的方法落后,引力波探测器的灵敏度不够,目前能够用的方法就是通过伴星的光变曲线异常来发现。换个角度看,如果微型黑洞没有伴星呢?那么我们根本没有方法找到它们,这就是微型黑洞的一个死穴。

  

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  图注:LIGO引力波探测器灵敏度仍然不够

  如果引力波足够灵敏,这个方法还是有救的。目前科学家并不清楚在太阳系周围是否也有微型黑洞,这需要重新对周围恒星的光变曲线进行筛查,找出异常目标,然后再具体观测和分析。该黑洞与天鹅座X-1黑洞,天鹅座X-1黑洞是一个强烈的X射线释放源,1964年就发现了,而且霍金打赌其不是黑洞的赌局中还输了。微型黑洞具有隐蔽性特点,如果没有足够灵敏的探测手段,我们还是无法全面筛查太阳系周围空间。

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