天文学家在我们最近的银河系邻居中发现了罕见的“缺失环节”黑洞

天文学家在我们最近的银河系邻居中发现了罕见的“缺失环节”黑洞

银河系最近的大型银河系邻居中发现了一种可以揭示黑洞演化的稀有宝藏。

在仙女座星系(又名 M31)的一个星团中,天文学家研究了光的变化,以确定一个质量几乎是太阳质量 100,000 倍的黑洞。这使这头野兽完全处于“中等质量”的状态——天文学家们难以捉摸和高度寻求他们可以回答的问题。

“我们很好地探测到了最大的恒星质量黑洞,其大小可达太阳大小的 100 倍,以及星系中心的超大质量黑洞,其大小是太阳的数百万倍,但没有这些之间的任何黑洞测量,”来自犹他大学的天文学家和该研究的资深作者 Anil Seth说。

“这是一个很大的差距。这个发现填补了这个空白。”

屏幕截图 2021 年 11 月 19 日下午 4.15.10

仙女座星系中的球状星团 B023-G78。(Pechetti 等人,《天体物理学杂志》,2022 年)

黑洞是非常棘手的野兽。除非它们正在积极地吸积物质,一个产生难以置信的明亮辐射的过程,否则它们不会发出我们无法检测到的光。这使得找到他们成为一项侦探工作,看看他们周围空间发生了什么。

黑洞存在的一个这样的线索是它们周围物体的轨道。

我们使用多种方法检测到的大多数黑洞都属于两个质量范围。有恒星质量的黑洞,大约是太阳质量的 100 倍;和超大质量黑洞,它们从大约一百万倍太阳质量的低范围开始(并且可以从那里变得令人难以置信的笨拙)。

中间是一个被归类为中间的范围,说这些黑洞的检测很少见是轻描淡写的。

迄今为止,IMBH 检测的数量仍然非常低。这有点令人烦恼。如果没有中等质量的黑洞,科学家们很难解决两种截然不同的质量体系如何共存的问题。

中等质量范围内的大量黑洞可以帮助我们弥合差距,提供一种机制,使恒星质量的黑洞可以成长为庞然大物。

这将我们带到仙女座;具体来说,仙女座内的一个球状星团称为 B023-G078。

B023-G078 是银河系中质量最大的此类星团,是一个大致呈球形、受引力束缚的星团,质量为 620 万太阳质量。

根据模型,这些星团形成的一种方式是一个星系包含另一个星系。这是很普遍的现象;银河系已经这样做了好几次,仙女座也是如此。球状星团可能是较小星系的星系核心留下的,这些星系核心被较大的星系、黑洞和所有星系所包含。

这一现象是由英国利物浦约翰摩尔斯大学的第一作者和天文学家 Renuka Pechetti 领导的团队认为是 B023-G078 的起源故事。

他们根据星团发出的光的细微特征研究了星团的金属含量,并确定它的年龄约为 105 亿年,其金属丰度与银河系中其他剥离的星系核心相似。

然后,他们研究了恒星围绕星团中心移动的方式,以试图计算应该在其中的黑洞的质量。这返回了大约 91,000 个太阳质量的结果,约占星团质量的 1.5%。

这表明 B023-G078 的母星系是一个矮星系,质量约为 10 亿个太阳质量。大麦哲伦星云——一个围绕银河系运行的矮星系——的质量被计算为1880 亿太阳质量,而仙女座星系的质量估计高达1.5 万亿太阳质量。

观察结果可能有其他原因,但该团队探索的替代方案均不适合数据以及中等质量黑洞。

“我们知道在较低质量的剥离核中一定有较小的黑洞,但从来没有直接的证据,” Pechetti 说。

“我认为这是一个非常明显的案例,我们终于找到了其中一个物体。”

研究结果发表在《天体物理学杂志》上。

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