第一次发现物质以30%的光速坠入黑洞

第一次发现物质以30%的光速坠入黑洞

一个英国天文学家小组报告了第一次发现物质以30%的光速落入黑洞,该黑洞位于10亿光年的星系PG211+143中心。由莱斯特大学的肯·庞斯教授领导的研究小组,利用欧洲航天局x射线天文台xmm -牛顿的数据来观察黑洞,研究结果发表在《皇家天文学会月刊》上。黑洞是一种引力场很强的天体,甚至光的传播速度都不足以逃脱黑洞的控制,因此有了“黑色”的描述。黑洞在天文学中非常重要,因为黑洞提供了从物质中提取能量的最有效方法。

第一次发现物质以30%的光速坠入黑洞

博科园-科学科普:直接的结果是,进入黑洞的气体(吸积-)必须为宇宙中最有能量的现象提供动力。几乎每个星的中心(就像我们的银河系一样)都有一个所谓的超大质量黑洞,其质量是太阳质量的数百万至数十亿倍。当足够多的物质落入黑洞时,这些物质会变得非常明亮,被看作是类星体或活动星系核(AGN)。然而黑洞是如此紧密以至于气体几乎总是旋转太多而不能直接落入黑洞。相反,它绕着黑洞旋转,通过一个吸积盘逐渐靠近——这是一系列大小逐渐减小的圆形轨道。

第一次发现物质以30%的光速坠入黑洞

当气体向内螺旋运动时,它会变得越来越快,变得又热又亮,将重力能量转化为天文学家观察到的辐射。黑洞周围的气体轨道通常被认为是与黑洞的旋转方向一致,但这并没有令人信服的理由。

事实上,地球有夏天和冬天的原因是地球每天的自转与它每年围绕太阳的轨道不一致。到目前为止,还不清楚失调的旋转会如何影响气体的下落。由于物质(星际气体云,甚至是孤立的恒星)可以从任何方向下落,这与超大质量黑洞的供给特别相关。

第一次发现物质以30%的光速坠入黑洞

模拟旋转黑洞周围未对准的圆盘的特征圆盘结构。图片:K. Pounds et al. / University of Leicester

研究人员利用来自xmm -牛顿的数据,观察了来自PG211+143星系的x射线光谱(x射线通过波长分散)。这个天体位于比雷尼特斯彗发方向10多亿光年之外,是一个塞弗特星系,其特征是一个非常明亮的活动星系核(AGN),这是由于它的核中存在着巨大黑洞。研究人员发现,光谱被强烈地红移,表明所观察到物质正以光速的30%(约每秒10万公里)的巨大速度坠入黑洞。这种气体在黑洞周围几乎没有旋转,而且在距离黑洞20倍的距离(它的视界,不再可能逃逸区域的边界)上被探测到的距离非常接近天文数字。

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这一观测结果与莱斯特大学最近的理论研究非常吻合。莱斯特大学也在使用英国的Dirac超级计算机模拟失调吸积盘的“撕裂”。这项研究表明,气体环可以断裂并相互碰撞,抵消了它们的旋转,使气体直接落向黑洞。来自莱斯特大学物理和天文系的庞斯教授说:用XMM-牛顿观测到的星系有一个4000万太阳质量的黑洞,它非常明亮,而且显然吃得很饱。实际上大约15年前,我们探测到一股强劲的风,表明这个洞正在被过度喂食。

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xmm -牛顿太空望远镜。图片:ESA

虽然这样的风现在许多活跃的星系中被发现,PG 1211+143现在已经产生了另一个‘第一’,随着物质的探测直接进入洞本身。跟踪了一团地球大小的物质大约一天,它被拉向黑洞,加速到光速的三分之一,然后被黑洞吞噬。这项新研究的进一步暗示是,“混乱的吸积”可能在超大质量黑洞中很常见。这样的黑洞会旋转得相当慢,能够接受更多的气体,并以比通常认为的更快的速度增大质量,这就解释了为什么在早期宇宙中形成的黑洞质量会迅速增大。

博科园-科学科普|参考期刊文献 :《皇家天文学会月报》|研究/来自:皇家天文学会,DOI: 10.1093/mnras/sty2359

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