超重黑洞

超重黑洞

超大質量黑洞是一種黑洞,其質量是105至1010倍的太陽質量。現時一般相信,在所有的星系的銀心,包括銀河系在內,都會有超大質量黑洞。

簡介

超大質量黑洞超大質量黑洞

超大質量黑洞與其他相對較低質量的黑洞比較下,有一些有趣的區別:
超大質量黑洞的平均密度可以很低,甚至比空氣密度還要低。這是因為史瓦西半徑是與其質量成正比,而密度則是與體積成反比。由於球體(如非鏇轉黑洞的事界)的體積是與半徑的立方成正比,而質量差不多以直線增長,體積的增長率則會更大。故此,密度會隨黑洞半徑的增長而減少。
在事界附近的潮汐力會明顯的較弱。由於中央引力奇點距離事界很遠,若假想一個太空人向黑洞的中央移動時,他不會感受到明顯的潮汐力,直至他到達黑洞的深處。

形成

超大質量黑洞從吸積盤中吸積的概念圖。
超大質量黑洞的形成有幾個方法。最明顯的是以緩慢的吸積(由恆星的大小開始)來形成。另一個方法涉及氣雲萎縮成數十萬太陽質量以上的相對論星體。該星體會因其核心產生正負電子對所造成的徑向擾動而開始出現不穩定狀態,並會直接在沒有形成超新星的情況下萎縮成黑洞。第三個方法涉及了正在核塌縮的高密度星團,它那負熱容會促使核心的分散速度成為相對論速度。最後是在大爆炸的瞬間從外壓製造太初黑洞
形成超大質量黑洞的問題在於如何將足夠的物質加入在足夠細小的體積內。要做到這個情況,差不多要將物質內所有的角動量移走。向外移走角動量的過程就是限制黑洞膨脹的因素,並會導致形成吸積盤。
根據觀測,黑洞的類別有著一些差距。一些從恆星塌縮的黑洞,最多約有10太陽質量。最小的超大質量黑洞約有數十萬太陽質量。但卻沒有在它們之間質量的黑洞。不過,有模型指異常明亮的X射線源有可能是在這個遺失範圍的黑洞。

都卜勒效應度

直接量度圍繞鄰近星系核心的水邁射的都卜勒效應,只有在中央高物質密度的情況下,才可以發現很快速的克卜勒運動。現時唯一已知可以在細小空間中包含足夠物質的是黑洞,或是在天體物理學上很短的時間內將變成黑洞的物體。對於較遠的活躍星系,寬譜線的闊度可以用來探測圍繞近視界的氣體。反射繪圖的技術就是利用這些譜線的變化來量度其質量,而黑洞的鏇轉有可能加速了活躍星系的“引擎”能量。

銀河系之外

在很多星系中心的超大質量黑洞被認為是活躍星系(如賽弗特星系及類星體)的“引擎”。馬普地外物理研究所及洛杉磯加利福尼亞大學基於歐洲南天文台及凱克天文台的數據,提供了證據指人馬座A*就是在銀河系中心的超大質量黑洞。根據計算,它可能有260萬倍的太陽質量。
於2004年5月,PaoloPadovani及其他天文學家發表他們發現了在銀河系以外30個超大質量黑洞。他們的發現令我們知道超大質量黑洞的數量最少是以往所知的兩倍。現時相信每一個星系的中央包含一個超大質量黑洞,而它們大部份都處於“不活躍”的狀態且吸積不多。相反在球狀星團的中央卻沒有黑洞,不過相信一些如在飛馬座的M15及在仙女座星系的MayallII的中央仍有黑洞,估計質量約有104的太陽質量。
一些星系,如0402+379星系有兩個超大質量黑洞,形成一個二元系統。若它們相撞,將會產生強勁的引力波。

與星系的形成

超大質量黑洞的質量與其身處的星系形態有關。這顯示了星系球體的質量與超大質量黑洞的質量有著相互的關連。而黑洞的質量亦與星系的分散速度有著更緊密的關連。但是這個關連卻未被解開。

首次發現中型黑洞

天文學家表示,這對罕見的中型黑洞是在附近的星系M82(離我們最近的星系,那裡有大量恆星形成,條件同早期的宇宙很相似)中發現的,它們距離地球有120萬光年之遠。目前,由於一些原因這對黑洞還沒有被潛伏在那裡的超重黑洞吞沒,而且天文學家也尚未確定超重黑洞將它們吞沒的時間。但是這對中型黑洞為關於是否存在中型大小的黑洞的有關爭議提供了很好的證據。據來自愛荷華大學的研究者菲爾(PhilKaaret)表示,雖然目前還不能完全確定這兩個中型黑洞的形成過程是否發生在星系M82,但是可以確定的是它們的位置就在星團的附近。
在將近數十年的時間裡,科學家能夠有充分證據證明存在的只有兩個黑洞級別,即一種是體積大於太陽十倍之多的,數量跟星星一樣繁多的黑洞;另一種為質量是太陽質量的數十萬倍到數十億倍的特大超重黑洞。但是一直很難發現到介於這兩個級別黑洞之間的中型黑洞。但一些科學家一直認為,也許中型黑洞是存在著的,只不過也許它們來自於星團,繼而下沉到星系中心,最後都匯集到一起形成超重黑洞,所以中型黑洞無法觀察到。
據中國清華大學教授馮華(音譯)表示,雖然一些天文學家們並不同意有中型重量級別黑洞的存在,但目前發現的這兩個中型黑洞存在的跡象就是能夠證明中型質量黑洞存在的最好證據。同時雖然這對中型黑洞的質量要大於恆星質量黑洞的20倍,但是它們也可以成為充分研究恆星質量黑洞的最好例子。馮華近一步表示道,這是有史以來第一次在星系中發現中型大小的黑洞。由於它們的位置接近於在星系的中心,也許也會為研究宇宙的超大黑洞(眾多星系中心的超重黑洞)的起源提供一些線索。

恆星

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