銀河系發(fā)現(xiàn)的一顆中等質(zhì)量的黑洞
哈勃WFC3拍攝的星系ESO243-49，圈中就是HLX-1所在的超級(jí)星團(tuán)。
借助美國(guó)宇航局（NASA）的哈勃太空望遠(yuǎn)鏡，天文學(xué)家發(fā)現(xiàn)在首個(gè)被證實(shí)的中等質(zhì)量黑洞周?chē)嬖谟赡贻p藍(lán)巨星組成的星團(tuán)（藍(lán)巨星簇）。天文學(xué)家相信，這個(gè)黑洞曾經(jīng)是當(dāng)前已瓦解的某個(gè)矮星系的核心，本發(fā)現(xiàn)對(duì)我們理解星系和超級(jí)黑洞的演化有著相當(dāng)重要的意義。
天文學(xué)家知道多大質(zhì)量的恒星會(huì)坍縮形成黑洞，但不清楚星系中心那些10億個(gè)太陽(yáng)質(zhì)量級(jí)別的超級(jí)黑洞是怎么形成的。一種觀點(diǎn)是它們通過(guò)小黑洞合并形成。
2009年，澳大利亞悉尼天文研究所的肖恩法雷爾（SeanFarrell）借助歐洲空間局（ESA）的牛頓X線多鏡面（XMM）空間望遠(yuǎn)鏡，發(fā)現(xiàn)了一個(gè)中等質(zhì)量黑洞——HLX-1（超亮X線源1#），質(zhì)量約為2萬(wàn)個(gè)太陽(yáng)。它位于ESO243-49星系的外緣，離地球約2.9億光年。
法雷爾接著同時(shí)使用NASA的雨燕空間望遠(yuǎn)鏡在X線波段、和哈勃望遠(yuǎn)鏡在近紅外、可見(jiàn)光、紫外波段觀測(cè)HLX-1。從圖像的亮度、顏色看，圍繞該黑洞可能存在著一個(gè)250光年寬、由年輕藍(lán)巨星組成的大質(zhì)量星團(tuán)；由于星團(tuán)距離太遠(yuǎn)，哈勃無(wú)法辨析單顆恒星。該天體的顏色、亮度都與其他星系中的超級(jí)星團(tuán)相同，但部分光可能來(lái)自圍繞黑洞的氣體盤(pán)。
法雷爾說(shuō)：“這個(gè)最新發(fā)現(xiàn)之前，我們就猜測(cè)存在中等質(zhì)量黑洞，但我們現(xiàn)在知道它在何處形成。存在極為年輕的星團(tuán)事實(shí)意味著，中等質(zhì)量黑洞可能起源于超低質(zhì)量矮星系的中央黑洞。矮星系可能已經(jīng)被主星系吞并，就像銀河系中發(fā)生過(guò)的一樣。”
根據(jù)X線觀測(cè)資料，法雷爾團(tuán)隊(duì)知道圍繞黑洞的熾熱氣體盤(pán)會(huì)輻射部分藍(lán)光。但這不能解釋觀測(cè)到的紅光輻射，紅光只能來(lái)自冷得多的氣體；研究團(tuán)隊(duì)分析最可能是來(lái)自恒星。接著他們修改模型，在其中加入恒星的輻射。這些修改后模型支持在黑洞周?chē)嬖谀贻p的超級(jí)星團(tuán)，但這并非唯一的解釋?zhuān)愿枰M(jìn)一步的觀測(cè)。特別是，由澳大利亞國(guó)際射電天文研究中心的RobertoSoria領(lǐng)導(dǎo)的團(tuán)隊(duì)，使用哈勃和甚大望遠(yuǎn)鏡（VLT）的數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)了目標(biāo)天體的爆發(fā)性光變，而（我們知道）星團(tuán)的亮度是幾乎不變的。這說(shuō)明氣體云的亮度被發(fā)光氣體盤(pán)所支配，而不是Farrell團(tuán)隊(duì)所認(rèn)為的大質(zhì)量星團(tuán)。
法雷爾繼續(xù)說(shuō)：“能明確的是——根據(jù)哈勃觀測(cè)數(shù)據(jù)，我們要解釋得通，就既需要吸積盤(pán)的輻射，也需要來(lái)自恒星的輻射。”
如此年輕的星團(tuán)在星系內(nèi)部普遍存在，比如圖中的宿主星系中就有，但它們都位于星系盤(pán)內(nèi)，從來(lái)沒(méi)有像HLX-1那樣遠(yuǎn)在星系外緣的。一種可能的情形是：HLX-1的黑洞是某個(gè)矮星系的中心黑洞。在此假設(shè)下，矮星系的大部分恒星都在與主星系的碰撞中剝離了，也同時(shí)誕生了一批新的年輕恒星——碰撞壓縮了矮星系中央黑洞周?chē)臍怏w，觸發(fā)了恒星形成。
法雷爾認(rèn)為，這個(gè)星團(tuán)還不到2億歲，意味著大部分恒星都是在矮星系與主星系相撞時(shí)形成的。恒星的年齡告訴我們相撞發(fā)生在何時(shí)。
法雷爾計(jì)劃在今年進(jìn)行更多的觀測(cè)，他們的新發(fā)現(xiàn)已經(jīng)刊登在2012.2.15出版期刊上。而Soria團(tuán)隊(duì)與之相異的分析報(bào)告已經(jīng)于1.17登載在網(wǎng)站上。
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