科學家發現了最小的黑洞

最小質量的已知黑洞位於一個雙星系統中，該系統被稱為XTE J1650-500。這個黑洞的質量約相當於太陽質量的3.8倍，一顆伴星圍繞著該黑洞做旋轉運動——如圖所示。

在這個自上而下所觀察到的黑洞及其周圍圓盤的圖解中，朝著黑洞盤旋的氣體恰恰聚集在洞口外圍，形成「交通阻塞」。對於較小的黑洞來說，交通阻塞的位置更接近內部，因此散發X射線的時間量程更短。

天文學家發現了最小的黑洞

胡德良譯

美國國家航空航天管理局的科學家們發現了迄今為止最小的、最輕量級的黑洞。這個新的輕量級記錄保持者質量約為太陽質量的3.8倍，直徑僅僅15英里（24公里）。

「這個黑洞之小確實接近了極限，」研究小組組長、馬里蘭州格林貝爾特市國家航空航天管理局戈達德太空飛行中心的尼古萊·莎珀什尼可夫說，「多年來，天文學家們一直想知道最小的黑洞可能會有多麼小，這個小傢伙的發現向解決該問題邁出了一大步。」

這個小質量黑洞座落在我們銀河系一個被稱為XTE J1650-500的雙星系統中，屬於南天星座——天壇座。2001年，國家航空航天管理局的羅西X射線時變探測器（RXTE）發現了這個系統，天文學家們很快認識到該系統中擁有一個相對輕量級的黑洞，但是從未測量出這個黑洞的確切質量。

黑洞不可見，但是能夠通過其周圍的活動來確認。其周圍活動也可以幫助天文學家們估算活動區內部範圍的大小，以及在那有限的範圍內必須擁有多少質量才能產生周圍的一切活動。更具體地說，利用黑洞外觀上的大小和氣體激流所釋放的X射線之間的關係，天文學家們可以計算出黑洞的質量。氣體激流來自黑洞的伴星，旋轉著進入黑洞的吸積盤。

「隨著氣體在黑洞附近的積累，氣體變得非常濃密、非常擁擠，就象發生了交通阻塞，」莎珀什尼可夫在一次新聞發布會上宣布該發現時說，「因此，實際上物質不得不擠進黑洞。」

隨著氣體的擠入，氣體的溫度升高並散發出X射線。X射線的強度按照一種重複的模式發生變化，重複的時間間隔幾乎是有規律性的。這種信號的頻率被稱為似周期震蕩（QPO）。長期以來天文學家們一直認為，似周期震蕩跟黑洞的質量是分不開的。

隨著黑洞的越來越大，旋轉的氣體帶向外圍擴展得更遠，因此似周期震蕩的周期較長。但是對於較小的黑洞來說，氣體相對向內集中，似周期震蕩的周期較短。

莎珀什尼可夫及同事喬治·梅森大學的列夫·蒂塔查克利用這種辦法測出XTE J1650-500中黑洞的質量，發現其質量為太陽的3.8倍。這個數值遠遠低於先前的記錄保持者GRO 1655-40，經測定其質量約為太陽的6.3倍。

這種新的測量法可能會幫助科學家們搞清產生黑洞的最小恆星有多麼小。天文學家們知道，存在某個未知的臨界值，該值可能為1.7到2.7倍的太陽質量，標誌著恆星滅亡後產生黑洞還是成為中子星的界限。

「這個新結果跟理論上預測的限度要接近得多，」莎珀什尼可夫說。

了解這一界限將會有助於科學家們弄明白當物質被擠壓成極高密度時所表現出的特性。

「到目前為止，我們關注黑洞質量問題已有十餘年了，」西北大學的天體物理學家維基·卡洛基拉在此次新聞發布會上說，但她沒有參與這項研究。她還提到：科學家們早就預測，應該存在更多較小質量的黑洞，其數量應該超出了天文學家們已經確定下來的數目，因此有關這些輕量級黑洞存在於什麼地方的問題，該研究有助於澄清一些混亂。

卡洛基拉確實提出警告說，莎珀什尼可夫和蒂塔查克所利用的方法不是測量黑洞質量的主要方法，但她指出他們對其他黑洞質量的測量跟利用標準方法所測得的結果保持著高度一致。

3月31日，莎珀什尼可夫和蒂塔查克將他們的發現提交到美國天文學會高能天體物理學研究所在洛杉磯舉行的會議上。

譯自：http://www.livescience.com/space/

原著：Andrea Thompson

註：本文曾經發表於《科學之友》雜誌，原文題目為「最輕量級的黑洞」。

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