來自古老星團的驚現神秘微弱無線電信號,科學家聲稱這可能是宇宙演化歷程中罕見的缺失環節證據:中型黑洞 | 2024 天體物理新發現 |小葫蘆的宇宙頻道
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黑洞是一種極端的天體,它的引力如此強大,以至於連光都無法逃逸。根據質量的不同,黑洞可以分為三種類型:恆星質量黑洞、超大質量黑洞和中等質量黑洞。恆星質量黑洞是由大質量恆星在死亡時發生的引力坍縮而形成的,它們的質量是太陽的幾倍到幾十倍。超大質量黑洞是位於星系中心的巨型黑洞,它們的質量是太陽的數百萬倍到數十億倍。
中等質量黑洞是介於恆星質量黑洞和超大質量黑洞之間的一種黑洞,它們的質量是太陽的幾百倍到幾十萬倍。中等質量黑洞的存在一直是天文學界的一個謎,因為它們既不太可能由單個恆星坍縮而成,也不太可能由星系中心的極端條件而形成。因此,中等質量黑洞被稱為黑洞的“缺失環節”,它們對於理解黑洞的形成和演化,以及宇宙結構的演化,具有重要的意義。
黑洞是一種極端的天體
它的引力如此強大
以至於連光都無法逃逸
根據質量的不同
黑洞可以分爲三種類型
恆星質量黑洞
超大質量黑洞和中等質量黑洞
恆星質量黑洞是由大質量恆星
在死亡時發生的引力坍縮而形成的
它們的質量是太陽的幾倍到幾十倍
超大質量黑洞是位於星系中心的巨型黑洞
它們的質量是太陽的數百萬倍到數十億倍
中等質量黑洞是介於恆星質量黑洞
和超大質量黑洞之間的一種黑洞
它們的質量是太陽的幾百倍到幾十萬倍
中等質量黑洞的存在
一直是天文學界的一個謎
因爲它們既不太可能由單個恆星坍縮而成
也不太可能由星系中心的極端條件而形成
因此中等質量黑洞被稱爲黑洞的缺失環節
它們對於理解黑洞的形成和演化
以及宇宙結構的演化具有重要的意義
然而要探測到中等質量黑洞並不容易
因爲它們的輻射信號很微弱
而且很容易被周圍的恆星和塵埃所掩蓋
目前天文學家只發現了少數幾個中等質量黑洞的候選者
但都沒有得到確鑿的證據
最近一組國際天文學家報告說
它們在一個古老而緊密的恆星球的中心
發現了一個神祕的無線電信號
它可能來自一個隱藏已久的中等質量黑洞
恆星團是一種由數十萬到數百萬顆恆星組成的巨型星團
它們是銀河系中最古老的天體之一
有些甚至比銀河系本身還要古老
恆星球的密度非常高
它們的中心區域可能有數萬顆恆星擠在一個球體中
直徑只有幾光年
這樣的環境非常適合形成中等質量黑洞
因爲恆星之間的相互作用和碰撞
可能導致恆星的合併和黑洞的生長
然而要在恆星球中探測到中等質量黑洞並不容易
因爲它們的輻射信號很微弱
而且很容易被周圍的恆星和塵埃所掩蓋
因此天文學家需要使用射電望遠鏡
利用無線電波穿透恆星球的中心
尋找隱藏的黑洞的線索
澳大利亞望遠鏡緊湊陣列
是一組由6個22米口徑的射電望遠鏡組成的干涉儀
它可以拍攝高分辨率的射電圖像
探測深空中的微弱信號
ATCA的一個主要目標是拍攝銀河系中
所有已知的恆星球的射電圖像
以研究它們的結構和演化
以及尋找可能存在的中等質量黑洞
在過去的十年中
ATCA已經拍攝了超過150個恆星球的射電圖像
其中一個就是杜鵑座47
這是地球上空第二亮的恆星球
距離我們的星球約13000光年
杜鵑座47是銀河系中質量最大的恆星球之一
它有超過100萬顆恆星和一個非常明亮
非常緻密的核心
法國天文學家ABB E.Nicholas Lewis de Lacaille
在17世紀50年代發現了這個120光年寬的恆星球
並將其命名爲杜鵑座47
從那時起
人們就開始對這個從地球上
用肉眼就能看到的恆星球進行深入研究
發現它有許多有趣的特徵
例如一個巨大的藍色流星體
一個富含氦的白矮星
以及一些快速旋轉的脈衝星
在ATCA拍攝的杜鵑座47的射電圖像中
天文學家發現了一個神祕的無線電信號
它位於恆星球的中心地帶
據估計這裏有數萬顆緊密結合的恆星
這個無線電信號非常微弱
只有在經過450個小時的觀測和數據處理後
才能在圖像中被識別出來
這個信號的特徵表明
它可能來自一個隱藏在恆星球中心的黑洞
而且這個黑洞的質量不是恆星質量
也不是超大質量
而是中等質量
如果這個推測被證實
那麼這將是有史以來
第一次在一個恆星球內
發現中等質量黑洞的無線電探測
也將是對黑洞的缺失環節的重要發現
小組負責人亞歷山·德羅帕·杜阿諾
是國際射電天文研究中心科庭大學節點的科學家
他將這次探測描述爲令人興奮的發現
並解釋說
造成這個無線電信號的原因有兩種可能
第一種是中等質量黑洞
即質量在太陽質量的100到10萬倍之間的黑洞
這種黑洞比恆星質量黑洞
和超大質量黑洞更加難以捉摸
因爲它們的形成機制不太清楚
一種可能的解釋是
中等質量黑洞是由多個恆星質量黑洞
在恆星球的中心區域發生的連續合併而形成的
這種合併過程可能持續了數十億年
另一種可能的解釋是
中等質量黑洞是由一些特殊的大質量恆星
在死亡時發生的直接探索而形成的
這些恆星可能是由恆星球中的
恆星碰撞和合並而產生的
無論哪種情況
中等質量黑洞都會吞噬周圍的恆星和氣體
從而產生一些輻射信號
例如無線電波X射線和伽瑪射線
然而這些信號很微弱
而且很容易被周圍的恆星和塵埃所掩蓋
因此要探測到中等質量黑洞並不容易
目前
天文學家只發現了少數幾個中等質量黑洞的候選者
例如位於銀河系中心附近的一個射電源
被稱爲SGOA
它的質量約爲太陽的40萬倍
以及位於距離我們約5000萬光年的
星系M82中心的一個X射線源
被稱爲M82X1
它的質量約爲太陽的500倍
如果47中心的無線電信號被證實是一個黑洞
那麼它的質量可能在這兩個極端之間
也就是太陽的幾千倍到幾萬倍
這將是一個非常重大的發現
也是有史以來第一次在一個恆星球內
發現黑洞的無線電探測
第二種可能性是
無線電信號是脈衝星產生的
脈衝星是一種快速旋轉的中子星
它發出的輻射光束像宇宙燈塔發出的光一樣
掃過太空
脈衝星是由大質量恆星
在死亡時發生的超新星爆炸而形成的
它們的質量約爲太陽的1.4倍
但卻只有幾十公里的直徑
因此它們的密度非常高
甚至超過了原子核的密度
脈衝星的旋轉速度非常快
有些甚至可以達到每秒數百次
而且它們還有強大的磁場
可以產生強烈的輻射
例如無線電波
X射線和伽瑪射線
脈衝星的輻射是沿着它們的磁軸發出的
而磁軸通常和旋轉軸不重合
因此當脈衝星旋轉時
它們的輻射光束
就會像宇宙燈塔發出的光一樣掃過太空
如果這個光束剛好對準了地球
我們就可以用射電望遠鏡探測到它們
目前天文學家已經發現了超過2000顆脈衝星
其中一些位於恆星球中
例如杜鵑座47中
如果杜鵑座47中心的無線電信號
是由脈衝星產生的
那麼它可能是一種特殊的脈衝星
被稱爲毫秒脈衝星
它們的旋轉速度非常快
可以達到每秒數百次
而且它們的磁場非常弱
因此它們的輻射信號很微弱
毫秒脈衝星的形成
可能是由於它們和周圍的恆星或行星
發生了相互作用
從而獲得了額外的角動量和能量
使得它們的旋轉速度增加
而磁場減弱
毫秒脈衝星如此接近恆星球的中心
在科學上也是一個有趣的發現
因爲它可以用來搜尋
尚未被探測到的中心黑洞
如果存在的話
它會對毫秒脈衝星的運動和輻射
產生一些可觀測的影響
亞歷山德羅的研究
是多年研究和技術進步的結晶
而ATCA拍攝的杜鵑座47
超深度圖像僅僅是未來發現的開始
研究報告的合著者
科庭大學天文學家蒂姆·高爾文
在聲明中說
我們利用目前這一代射電望遠鏡
結合數百小時的觀測
成功實現了接近SCAR質量的科學研究
揭示了最微弱的細節
SCAR是指廣場千米陣列
它是一個由數千個射電望遠鏡
組成的國際項目
它將建造在澳大利亞和南非
它的總接收面積將達到一平方公里
它的靈敏度和分辨率
將遠遠超過現有的射電望遠鏡
SCAR預計將在2027年開始運行
它將能夠探測
更多的恆星球中的無線電信號
從而揭開中等質量黑洞
和毫秒脈衝心的奧祕
巴瑞米恩補充說
這讓我們看到了
下一代射電望遠鏡上線後
將實現的令人興奮的能力

