科学家观测早期宇宙质量最大黑洞:产生机制成谜

2017-03-07 14:07:08
来源:快科技
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它们是宇宙中的巨兽——迄今已知最大的黑洞,它们将帮助我们了解这种神秘宇宙现象的成因。美国宇航局的费米空间望远镜近期观测到迄今最遥远的伽马射线耀变体,耀变体是一类发出剧烈辐射的特殊星系,科学家们认定其内部存在超大质量黑洞。这些最遥远的天体发出的光在出发时宇宙年龄还只有14亿年,也就是相当于其当前年龄的10%左右。对这些最遥远天体的研究或许将帮助我们更好了解黑洞的形成机制。

美国宇航局戈达德空间飞行中心的天文学家鲁佩斯·奥哈表示:“尽管它们非常年轻,这些遥远的耀变体代表着我们迄今已知质量最大的黑洞。”他说:“它们竟然能够在如此早期的宇宙中形成,对现有的超大质量黑洞形成理论构成了挑战,我们希望能够找到更多此类天体以便更好地理解这一过程。”

科学家们认为耀变体可能是一类巨型椭圆星系,其内部存在活跃的超大质量黑洞,它们会发出极为剧烈的辐射,从而成为宇宙中最为高能的现象之一。研究人员在1月30日的美国物理学会会议上报告了他们的有关发现,相关论文也已经提交《天体物理学报》审核。

天文学家们认为这类天体发出的超强辐射源自其内部黑洞大量吞噬周围气体物质的过程。当质量相当于太阳数百万倍的巨量物质盘旋下落时,剧烈的摩擦和撕裂效应产生强烈的高能辐射。同时有一部分下落物质还会被抛射出去,形成两条对称的强烈喷流现象,大量粒子以接近光速的速度向两侧喷射。

距离遥远的耀变体在高能伽马射线波段上会有损耗,这是由于一种被称为“星系积背景光”的效应作祟。这是一种可见光和紫外波段存在的弥漫于宇宙空间的背景光。

如图所示,一个辐射源的距离越遥远,我们能够探测到的来自这个辐射源的高能伽马射线就越少距离遥远的耀变体在高能伽马射线波段上会有损耗,这是由于一种被称为“星系积背景光”的效应作祟。这是一种可见光和紫外波段存在的弥漫于宇宙空间的背景光。如图所示,一个辐射源的距离越遥远,我们能够探测到的来自这个辐射源的高能伽马射线就越少。

在整个光谱上,耀变体基本都非常明亮,包括伽马射线这样的最高能级上也是如此。而此次费米空间望远镜观测到的这些遥远耀变体中,有一条这样的喷流刚好对着地球方向,因此格外明亮。

在此之前,费米空间望远镜探测到的最遥远耀变体诞生于宇宙年龄大约21亿年时。在那之后科学家们开始致力于搜寻年代更早的此类天体,他们在包含140万个类星体的星表中逐个鉴别搜索。

而为了提升效率,也由于距离极其遥远,只有那些最明亮的辐射源才能够被观测到,他们于是剔除了大部分目标,只留下那些在射电波段最为明亮的目标进行观察。经过筛选之后,还剩下1100个候选目标,随后研究组调用费米空间望远镜的观测数据进行分析,结果从中找到了5个新的伽马射线耀变体。

天文学上会用红移概念来表示巨大的距离,红移值越大,距离就越遥远。最新发现的耀变体的红移值大约在3.3~4.31之间,这就意味着我们现在所接收到的来自这些天体的光线是在宇宙仅有14~19亿年时发出的。

美国南卡罗来纳州克莱姆森大学的瓦德希·帕里亚表示:“我们发现这些辐射源之后便立即着手收集它们所有波段上的数据并从中提取一些关键信息,比如其内部黑洞的质量大小,吸积盘亮度以及喷流能级等等。”

结果发现有两个耀变体内部的黑洞质量有可能超过数十亿倍的太阳质量。除此之外,所有发现的耀变体都有极为明亮的吸积盘,其辐射强度是太阳辐射强度的2万亿倍以上。这就意味着正有巨量的物质不断落入中央黑洞,并在此过程中产生剧烈的辐射与喷流现象。研究人员表示:“现在最主要的问题就是,在如此年轻的宇宙中,这些巨型黑洞究竟是如何形成的?我们目前还不知道究竟是何种机制促成了它们如此高速的成长。”

与此同时,研究组还打算继续开展更多的搜寻工作。研究组科学家们表示:“我们认为费米望远镜所探测到的还只不过是冰山一角,是此前未曾在伽马射线波段探测到的大量此类天体目标中的最初一批。”

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