突破性發現確認繞轉特大質量黑洞的存在

新墨西哥大學(UNM)的天文學家首次稱他們已經能觀測和測量兩個距地數億光年的特大質量黑洞的軌道運動，這是一項歷時十年之久的發現。

UNM的物理與天文系研究生Karishma Bansal是這篇發表在天體物理雜誌上的論文的第一作者。她與UNM教授Greg Taylor、斯坦福的同事、美國海軍天文台以及雙子座天文台研究這些黑洞之間的相互作用已經12年了。

Taylor說道：「長期以來，我們都在觀測太空，試圖尋找一對由於兩個星系融合而相互環繞運轉的特大質量黑洞。即使我們知道理論上這應該是存在的，但此前沒有任何人觀測到。」

credit: 煎蛋畫師ZZCW

在2016年早期，一組包括UNM校友在內的國際研究團隊效力於LIGO項目，檢測到了引力波的存在，確證了愛因斯坦的百年預測，震動了整個科學界。這些引力波是兩個約30太陽質量的黑洞碰撞引起的。現在，得益於這一最新研究，科學家能開始理解是什麼導致了特大質量黑洞的融合從而引起時空織物的漣漪，並開始更多地理解星系的演變以及黑洞在其中的角色。

利用由10個美國境內的射電望遠鏡構成的甚長基線陣列(VLBA)，研究者已經能夠觀測這些特大質量黑洞(SMBH)放射出的無線電信號中的幾個頻率。隨著時間的推移，天文學家已經能畫出它們的軌跡，並將它們確認為可見雙星系統。換言之，他們觀測到這些黑洞相互環繞運轉。

Bansal說道：「當Taylor博士給我這個數據的時候，我正剛開始學習如何作圖和理解。隨著我了解到有數據可以追溯到2003年，我們就畫出來了並判斷它們正在相互環繞運轉。一顆賽艇。」

對於Taylor而言，這一發現是20多年工作的結果，成功完成高精度的測量真是一項不可思議的壯舉。在距地約7.5億光年遠的地方，名為0402+379的星系和其中的標記為C1和C2的兩個特大質量黑洞距離我們相當之遠，但對於地球上其他觀測者而言卻也是一個完美的觀測距離。

Bansal說這些特大質量黑洞加起來質量是我們太陽的150億倍。這些黑洞的難以置信的大小意味著他們的繞轉周期約為24000年。所以雖然團隊已經進行了十幾年的觀測，但也只不過看到了它們軌道上的微小一段。

斯坦福大學物理教授和團隊成員Roger W. Romani說道：「想像最近發現的圍繞距地4.243光年的比鄰星運行的類地行星上的一個蝸牛，每秒1厘米的速度行進，那就是我們在這裡解決的角運動。」

Taylor說道：「我們在這個12年里所實現的是真正的技術成就，利用VLBA實現了天體測量學中的足夠的解析度和精度，能夠實際看到環繞運行的發生。正是技術的勝利才使我們做到了這一點。」

雖然這一發現的技術成就實在令人震驚，但Bansal和Taylor稱這一研究也能教會我們大量關於宇宙、星系從何而來以及到哪裡去的知識。

美國海軍天文台的天文學家Bob Zavala說道：「雙星的軌道提供了大量關於恆星的知識。現在我們能夠利用類似的技術理解特大質量黑洞和它們所處的星系。」

不斷觀測這兩個特大質量黑洞的軌道和相互作用能幫助我們更好地理解我們自己星系的未來景象。現在，其中心含有一個SMBH的仙女座星系正要與我們的銀河系碰撞，意味著Bansal和Taylor目前正在觀測的事件在數十億年之後可能也會發生在我們的星系中。

Taylor解釋道：「特大質量黑洞對附近的恆星以及星系的成長和演變有巨大的影響。所以更多地理解它們，理解它們融合時會發生什麼對於我們對宇宙的理解至關重要。」

Bansal稱研究團隊會在3或者4年內進行再次觀測，確認運動並獲得精確的軌道。同時，團隊希望這一發現能鼓舞世界上天文學家們的相關工作。

論文原文：DOI:10.3847/1538-4357/aa74e1

本文譯自 phys，由譯者 CliffBao 基於創作共用協議(BY-NC)發布。

喜歡這篇文章嗎？立刻分享出去讓更多人知道吧！