凹瑪幫黑洞量體重

黑洞的重量,怎麼量?如果是人的話,好簡單,就在體重計上站一下,數字就出來了。但是,能讓黑洞站上去的巨大的體重計,並沒有這種東西;就算有,黑洞驚人的重力,沒兩下可就把體重計吞了。

話是這麼說,但天文學家最近還是幫一個遙遠星系裡的黑洞精確測出重量。但用的不是磅秤,而是凹瑪望遠鏡,辦法是去觀察:「黑洞周圍冷氣體盤的旋轉速度」。

這個原理在天文學領域可說是無人不知。譬如舉「太陽」為例,沒人能把太陽放在磅秤上,但天文學家知道太陽有多重──用的辦法就是去測那些繞太陽公轉的行星們,看旋轉速度是多少。離太陽最近的水星,以每秒48公里的速度在繞著太陽公轉。地球,以每秒30公里的速度繞著太陽公轉。離太陽較遠的海王星,以每秒5.5公里的「龜」速繞太陽公轉。

所以說,知道行星的公轉速度以及它與太陽之間的距離,就可以直接算出太陽重量。繞黑洞轉的氣體盤也適用一樣的道理:和黑洞離得越近,重力越強──氣體轉得比較快;距離黑洞越遠,重力越弱──氣體轉得比較慢。

凹瑪望遠鏡調查的是位在南方天空的一個巨大橢圓星系,「星系中心有個大黑洞」,先前已經有人觀測過這個星系,所以那個星系中心有黑洞的這件事情已經知道了。凹瑪的視力很敏銳、能偵測得到在黑洞周圍有個打轉的冷氣體盤,又透過測量氣體裡的一氧化碳分子發出的毫米波輻射,於是,天文學家得知,在距離黑洞遠近不同的多種距離下,旋轉速度各是多少。

天文學家們根據這個觀測獲得的資料,算出了黑洞的重量。結果發現,這個星系中心的黑洞重量達到太陽的22.5億倍。在凹瑪望遠鏡目前為止測過的黑洞中,這是最重的。

橢圓星系中,每10個就有1個擁有「繞星系中心打轉的氣體盤」。因此,天文學家想用同樣的方法去測量更多位於其他星系中的黑洞,看看黑洞們重量到底是多少。


發現了什麼?

這次用凹瑪望遠鏡去研究的大橢圓星系名稱是“NGC 3258”。位於南方星空中「唧筒座」方向,距離地球至少1億光年以上。這個星系是由天文學家赫歇爾在1834年時首度發現的。赫歇爾在南非研究南半球星空。NGC 3258星系,就和所有橢圓星系一樣,它中心也有超大質量黑洞。這個黑洞被包圍在「冷分子氣體形成的圓形自旋盤」裡面。經凹瑪望遠鏡觀測發現,在距離黑洞500光年的氣體盤的外圈部分,旋轉速度是時速100萬公里。在距離黑洞只有65光年的氣體盤內側位置,旋轉速度遠超過時速300萬公里以上。根據這些測量結果得知,那個黑洞的質量(即「重量」)應該是:太陽的22.5億倍。

誰發現的?

這項研究由美國德州 A&M大學Benjamin Boizelle所主持的天文團隊負責。團隊中其他美國團員還有Aaron Barth、 Jonelle Walsh、David Buote、Andrew Baker 和Jeremy Darling等,還有一位是中國北京大學的何子山(Luis Ho)教授。他們的結果發表在天文學專業雜誌《天文物理期刊》上。

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