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估計黑洞質量的新方法——噴流

室女A星系(M87)中心黑洞的藝術設想圖。(ESO/M. Kornmesser)
室女A星系(M87)中心黑洞的藝術設想圖。(ESO/M. Kornmesser)

編譯/笛睿
最近一份發表在《皇家天文學會月報》(Monthly Notices of the Royal Astronomical Society)上的研究,提出了一種全新估計黑洞質量的方法。

由莫斯科物理技術學院(MIPT)和荷蘭、台灣、日本科學家合作的研究組稱,利用他們新的理論模型,不僅可以證明Messier 87(M87,室女A星系)中心黑洞的存在,還能估計其質量。

多數大型的星系中心都有一個超大的黑洞。由於這個黑洞的巨大,周圍氣體和塵埃被吸入黑洞的過程中放射出大量無線電波、微波、X射線,甚至伽馬射線。

目前所知,有的星系中心的黑洞比較活躍,另一些則比較平靜。之前廣泛關注的是其亮度,有的星系中心黑洞放出射線的能量,超過了星系中所有星光的總和,這種星系被成為具有「活躍星系核」(AGN)的星系。然而,相對論性噴流(relativistic jet)是可以判斷星系活躍度的另一個特徵。

「相對論性噴流」可延展至幾百萬光年,裡面的物質被加速到幾分之一光速,從而顯現出相對論所描述的特性,因此得名。

室女A星系中心的超級黑洞就有著典型的相對論性噴流,就是一個很好的觀測例子。這個星系是離地球最近的內核活躍的星系,科學家對它掌握的研究資料最多,包括其結構、噴流附近的粒子密度等。今年早些時候公布的一張獲獎的黑洞的照片,拍攝的影像就是M87中心的黑洞。這也是人類拍攝到的第一張黑洞的照片。

從哈伯太空望遠鏡拍攝的照片上看,M87噴流看上去大體粗細一致,只是到了末端形狀發生一些變化,出現一個短暫的隔斷之後,變成錐形。

研究組先從已有的理論模型,預測到M87中心黑洞噴流的形狀,從噴流的形狀建立模型估計出黑洞的質量,最後從質量又能反過來生成M87黑洞噴流的形狀。

通過測量噴流的寬度,以及內核到噴流間隔處的距離,研究者計算得出,M87中心黑洞噴流,由完全不同弧度形狀的兩部分組成,這兩部分之間有一個「中斷」地帶——與哈伯太空望遠鏡拍到的圖像一致。

研究團隊表示,隨著事件視界望遠鏡(Event Horizon Telescope)和下一代太空望遠鏡等更先進觀測工具的投入使用,他們的這一理論模型將得到更仔細的檢驗。下一個最佳的檢驗對象將是射手A(Sagittarius A),據信其中心黑洞質量為350~470萬倍太陽質量。◇