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在一个“不起眼”的小星系里,包含了普通星系中最大的黑洞, 原始大质量黑洞怎么来的 我们银河系中心黑洞怎么样? 梅西耶87(M87

日期:2019-10-09 19:06:11 来源:互联网 编辑:小TT 阅读人数:989

原始大质量黑洞怎么来的

在一个“不起眼”的小星系里,包含了普通星系中最大的黑洞, 原始大质量黑洞怎么来的 我们银河系中心黑洞怎么样? 梅西耶87(M87)中心黑洞质量高到让人咋舌 宇宙中我们已知的最大星系IC 1101呢? 小块头的大理想 类星体 总结(图1)

当一颗恒星的质量达到太阳质量的100倍左右的时候,内部就会发生一种非常奇特的现象。由于恒星的超大密度导致了整个恒星的燃料和热量对流很差,会在核心慢慢积聚大量的能量,逐渐使核心大部分的光子能量高达511 kev以上,这是一个非常重要的能量阈值。在这个能量下,当两个光子相互碰撞时,可以自发地产生正负电子对。

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在一颗普通恒星中,例如我们的太阳,向外的辐射压力和向内的引力相互平衡,从而使恒星一直稳定的进行核聚变。但是所产生的辐射压力主要来自光速运动的光子,如果超大质量恒星的光子突然自发地转变成运动速度较慢的物质和反物质粒子时,向外的辐射压力就会下降!恒星会在引力的作用下疯狂的向内坍缩!

带来的就是核心失控的聚变反应,这时核心所释放的能量将会摧毁整个恒星,或者对于大多数大质量恒星来说,质量的很大一部分将会坍塌成黑洞!例如在离我们最近的超大质量星团,狼蛛星云中的R136恒星将会发生以上的过程。

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我们银河系中心黑洞怎么样?

我们知道宇宙存在了138亿年,有足够的机会创造出巨大的、超大质量的恒星,这些恒星也有足够的时间经历诞生、生存和死亡并成为黑洞。特别是在各大星系的中心,原始星团形成的黑洞也有足够的时间发生合并形成更大质量的黑洞。

随着时间的推移,大多数星系的中心都因此进化出了超大质量黑洞,包括我们银河系的黑洞,质量约为400万个太阳

那么我们怎样知道银河系中心黑洞的质量的?我们可以通过观察许多经过精确识别的恒星围绕银河系中心运行的轨道来判断出银河系中心点至少有400万个太阳的质量!

因此在宇宙中黑洞相对来说相当普遍,那么我们银河系的黑洞会是我们发现的最大黑洞吗?

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我们需要知道的是,银河系中有2000亿到4000亿颗恒星,这意味着银河系中心的黑洞大约是星系总质量的0.1%。客观地说,这只是星系的一小部分,但却是一个非常巨大的数字。这样一说我们应该能想到我们银河系可不是宇宙中最大的星系,而我们的黑洞实际上在超大质量尺度上较小的一端。

梅西耶87(M87)中心黑洞质量高到让人咋舌

那么哪里有巨大的星系巨兽呢?而离我们相对较近的、最大的一个星系是,位于室女座星系团中心的巨大星系!下图:

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这是我们“附近”最大的星系,质量大约是银河系的200倍。上图中可能你已经发现了,在星系的中心向外延伸了一条明亮的光带。这是一个大约5000光年长的相对论性物质喷流,以极高的能量和速度从星系的中心喷射出来!

我们所知道的唯一能完成这一壮举的是一个比银河系中心黑洞要大得多的超大质量黑洞。那么我们怎样知道中心黑洞的质量呢?

事实上,如果我们想要测量这个黑洞的质量,最好的办法就是用钱德拉x射线来观测。

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通过研究甚大天线阵Very Large Array缩写为VLA)接收到的喷出物表明的中心有一个66亿个太阳质量的超大质量的黑洞,这是一个惊人的数字,它的质量是我们银河系中心黑洞的1500倍!

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这个质量已经高到我们无法理解了,那么算是一个另类吗?还是一种特殊的异常现象?那么我们再来看看室女座星系团的广角视图,再来看看其他星系!

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上图可以看到,除了,在“附近”的空间区域还有许多其他巨大的椭圆星系,包括,每一个星系都有超过10亿个太阳质量的黑洞。

我们需要了解的是,就算是银河系400万个太阳质量的黑洞,也是通过星团中大小黑洞合并而成的,所以类似于这些更大质量的黑洞必须是经过了更大的进化合并产生的。

目前我们认为椭圆星系透镜状星系是通过螺旋星系的反复大合并而形成的,各大星系的中心黑洞最终都会合并,但是不论星系多大,黑洞质量多大,它们都有一个与银河系近似的数字,即中心黑洞为星系总质量的0.1%

所以,你可能会想,如果想要找到最大质量的黑洞,我们就需要寻找最大质量的星系。这一点很符合逻辑!

宇宙中我们已知的最大星系IC 1101呢?

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上图为阿贝尔(Abell )2029星系团,距离我们10.7亿光年,比室女座星系团远20倍。在这个星系的中心是宇宙中已知最大的星系:从其中心向最大方向延伸了200万光年,直径几乎是银河系和仙女座星系距离的两倍,比大很多倍,是宇宙中已知质量最大的星系。包括暗物质在内拥有100万亿个太阳质量,几乎相当于整个室女座星系团的质量总和。

这些都是比较很庞大的数字,看看下图,但是它的黑洞呢?

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黑洞肯定有!但是很遗憾以上就是我们关于这个星系所知道一些数据,由于我们目前的设备不够好,在加上IC 1101离我们太远了,无法测量到中心黑洞足够精确的参数。但是根据上文中对其他星系的测量,如果不出错的话IC 1101的中心应该包含我们已知宇宙中最大的黑洞。

但是宇宙总是会给我们带来意想不到的惊喜!怎么回事呢?

小块头的大理想

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上图为英仙座星系团,一个不管从质量、星系数量上远不如的星系团。英仙座星系团离我们相对较近,大约2亿光年多一点,而其中的是非常典型的透镜状星系,距离我们2.2亿光年。在它的母星团中并不是最大的星系,不是椭圆星系,也不是最亮的星系。我们通过对的光度测量,知道了它的总质量约为1200亿个太阳质量,甚至比我们的银河系还要小一点!

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对于这个星系来说,一定有一个中心黑洞,我们通过对中心喷射物的观测发现,NGC 1277中心黑洞质量竟然高达170亿个太阳质量,相当于整个星系恒星质量的14%。这是一个我们以往的观察中从来没有过的比例,不仅是迄今为止我们所发现确认的最大黑洞,也是我们所见过的黑洞与宿主星系质量之比最大的黑洞!

还有一些比例异常大的星系:这些都有一个共同的特点就是星系质量都相对来说比较小。

当然,我们也相信宇宙中最大的星系中应该包含着“最”大的黑洞,但也有可能这个记录保持者是一个名不见经传的小透镜状星系,还是只是碰巧那里有一个巨大的黑洞,原因目前还不是很了解!

另一方面,在我们测量能力的最佳误差范围内,已知宇宙中还有另一个最大黑洞的候选者,因为它与中的黑洞非常不同。

类星体

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上图中标识的特殊天体为OJ 287黑洞,被称为耀变体blazar,是一种紧凑的银河系外射电源,是宇宙中能量最高的类星体之一,存在于活跃的星系中心!被认为在朝着地球的方向上具有物质喷流,导致呈现比其它类星体更为高能的特征。

我们只需要知道一个活跃的星系中心会发生什么:超大质量黑洞会吸引吞噬周围的恒星、气体和其他宇宙物质。并在强大的引力下撕裂任何结构,被加速的一部分物质会以高能射线从黑洞中心喷射出来。这时黑洞成长的主要方式,也是我们观测到黑洞存在的主要方式!

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的亮度会呈现出11-12年的周期性变化,并会发出与最大亮度相关的窄双峰脉冲。通过无线电和X射线的观察,我们发现在中心超大质量黑洞的附近,还有一个较小的超大质量黑洞在近椭圆轨道上环绕着中心黑洞运行。

这个星系距离我们大约35亿光年,据估计它包含了目前已知的最大的黑洞,其质量为180亿个太阳质量。为什么我们能测出与我们相距这么远星系中心的黑洞质量呢?因为有一个1亿太阳质量的黑洞(比银河系的黑洞大25倍)正在绕着这个更大的黑洞旋转!

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小黑洞的轨道是冥王星绕太阳公转轨道的300多倍,但公转周期只有12年,如果我们正确地建模,这个将提供有史以来对广义相对论最伟大的之一。由于相对论效应(1°= 3600″),水星绕太阳轨道形成的椭圆以每世纪43的速度进动,而这个较小的黑洞应该以每轨道39°的速度进动,并且应该在几千年的时间内被吸入较大的黑洞!

目前在类星体中发现的最大质量黑洞是距离我们104亿光年的有660亿倍的太阳质量

总结

这两个星系,我们附近的普通星系和类星体,是我们目前所知道的宇宙中最大的黑洞。为什么要选择两个呢?因为TON618属于类星体和我们普通星系还是有区别的,并且也不能保证对黑洞质量测量的绝对准备,所以我们也不能放弃普通星系中很黑洞!

当然还有更大的黑洞,就像上文中提到的IC 1101星系,所以要找到更大质量的黑洞除了需要更好的无线电和X射线望远镜,还需要我们有足够的运气!

本文相关词条概念解析:

星系

《论地球起源与演化》对星系的定义是:在宇宙中,由两颗或两颗以上星球所形成的绕转运动组合体。星系的英语词galaxy源自于希腊语的γαλαξίας(galaxias)。广义上星系指无数的恒星系(当然包括恒星的自体)、尘埃(如星云)组成的运行系统。指参考我们的银河系,是一个包含恒星、星团、星云、气体的星际物质、宇宙尘和暗物质,并且受到重力束缚的大质量系统,通常距离都在几百万光年以上。星系平均有数百亿颗恒星,是构成宇宙的基本单位。典型的星系,从只有数千万(107)颗恒星的矮星系到上兆(1012)颗恒星的椭圆星系都有,全都环绕着质量中心运转。除了单独的恒星和稀薄的星际物质之外,大部分的星系都有数量庞大的多星系统、星团以及各种不同的星云。

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网友评论
  • 小猫钓鱼12
    为什么大多数星系中央会有一个黑洞?
    2019-10-18 00:12 323
  • championsb
    一些星系中心有黑洞,那么星系是黑洞创造的吗?
    2019-10-18 08:30 202
  • 一乐乐乐乐
    也说明所有星体、星系、黑洞都是在运动的
    2019-10-20 01:24 442
  • 仲恺牛腩汤
    星系中为什么中心黑洞不吞噬星系?
    2019-10-17 14:13 501
  • 青果巷口阿
    我都不敢回了,学问不高,思维还行吧
    2019-10-17 17:57 286
  • 白天擦老空
    黑洞如果在一星系中出现或者产生会吞噬一整个星系吗?
    2019-10-23 13:12 513