@ 2017.07.08 , 18:10

突破性发现确认绕转特大质量黑洞的存在

新墨西哥大学(UNM)的天文学家首次称他们已经能观测和测量两个距地数亿光年的特大质量黑洞的轨道运动,这是一项历时十年之久的发现。

UNM的物理与天文系研究生Karishma Bansal是这篇发表在天体物理杂志上的论文的第一作者。她与UNM教授Greg Taylor、斯坦福的同事、美国海军天文台以及双子座天文台研究这些黑洞之间的相互作用已经12年了。

Taylor说道:“长期以来,我们都在观测太空,试图寻找一对由于两个星系融合而相互环绕运转的特大质量黑洞。即使我们知道理论上这应该是存在的,但此前没有任何人观测到。”

突破性发现确认绕转特大质量黑洞的存在
credit: 煎蛋画师ZZCW

在2016年早期,一组包括UNM校友在内的国际研究团队效力于LIGO项目,检测到了引力波的存在,确证了爱因斯坦的百年预测,震动了整个科学界。这些引力波是两个约30太阳质量的黑洞碰撞引起的。现在,得益于这一最新研究,科学家能开始理解是什么导致了特大质量黑洞的融合从而引起时空织物的涟漪,并开始更多地理解星系的演变以及黑洞在其中的角色。

利用由10个美国境内的射电望远镜构成的甚长基线阵列(VLBA),研究者已经能够观测这些特大质量黑洞(□□BH)放射出的无线电信号中的几个频率。随着时间的推移,天文学家已经能画出它们的轨迹,并将它们确认为可见双星系统。换言之,他们观测到这些黑洞相互环绕运转。

Bansal说道:“当Taylor博士给我这个数据的时候,我正刚开始学习如何作图和理解。随着我了解到有数据可以追溯到2003年,我们就画出来了并判断它们正在相互环绕运转。一颗赛艇。”

对于Taylor而言,这一发现是20多年工作的结果,成功完成高精度的测量真是一项不可思议的壮举。在距地约7.5亿光年远的地方,名为0402+379的星系和其中的标记为C1和C2的两个特大质量黑洞距离我们相当之远,但对于地球上其他观测者而言却也是一个完美的观测距离。

Bansal说这些特大质量黑洞加起来质量是我们太阳的150亿倍。这些黑洞的难以置信的大小意味着他们的绕转周期约为24000年。所以虽然团队已经进行了十几年的观测,但也只不过看到了它们轨道上的微小一段。

斯坦福大学物理教授和团队成员Roger W. Romani说道:“想象最近发现的围绕距地4.243光年的比邻星运行的类地行星上的一个蜗牛,每秒1厘米的速度行进,那就是我们在这里解决的角运动。”

Taylor说道:“我们在这个12年里所实现的是真正的技术成就,利用VLBA实现了天体测量学中的足够的分辨率和精度,能够实际看到环绕运行的发生。正是技术的胜利才使我们做到了这一点。”

虽然这一发现的技术成就实在令人震惊,但Bansal和Taylor称这一研究也能教会我们大量关于宇宙、星系从何而来以及到哪里去的知识。

美国海军天文台的天文学家Bob Zavala说道:“双星的轨道提供了大量关于恒星的知识。现在我们能够利用类似的技术理解特大质量黑洞和它们所处的星系。”

不断观测这两个特大质量黑洞的轨道和相互作用能帮助我们更好地理解我们自己星系的未来景象。现在,其中心含有一个□□BH的仙女座星系正要与我们的银河系碰撞,意味着Bansal和Taylor目前正在观测的事件在数十亿年之后可能也会发生在我们的星系中。

Taylor解释道:“特大质量黑洞对附近的恒星以及星系的成长和演变有巨大的影响。所以更多地理解它们,理解它们融合时会发生什么对于我们对宇宙的理解至关重要。”

Bansal称研究团队会在3或者4年内进行再次观测,确认运动并获得精确的轨道。同时,团队希望这一发现能鼓舞世界上天文学家们的相关工作。

论文原文:DOI:10.3847/1538-4357/aa74e1

本文译自 phys,由译者 CliffBao 基于创作共用协议(BY-NC)发布。


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