科學家是如何測量黑洞質量的？

環繞黑洞的旋轉氣體可能是測量遙遠黑洞質量的關鍵因素。

一直以來，科學家認為在所有大型星系中央都存在超大質量黑洞，後者質量一般是太陽質量的幾百萬甚至幾十億倍。奇怪的是，這些黑洞的特性似乎與它們母星系的一系列特徵有關，例如母星系的亮度，母星系內部恆星的旋轉速度等。這表明星系與黑洞進化之間存在一種基本的關係。

這實在是不可思議，同時也令人費解，因為這些基本的關係將黑洞和太陽系及其它星繫世界連接起來。為什麼巨大星系與內部黑洞存在如此重要的聯繫，現在還是個未知數。

盤狀星系中央黑洞的藝術家印象圖。

這個位於NGC4526的黑洞重量是太陽的4.5億倍。

解開這個神秘之謎的方法之一便是研究不同類型星系內部黑洞的質量。例如，早期橢圓星系，被認為經歷了動蕩的過去，發生了很多星系合併活動，在活動期間或可能同時產生了黑洞和星系。

另一方面，類似我們銀河系這樣的旋轉星系被認為具有較為平靜的發展歷史，猛烈的干擾活動相對較少。如果星系合併對黑洞的產生至關重要，那麼旋轉星系內部的黑洞與星系特性之間的關係可能有所不同。

位於美國加州東部因約山區的毫米波天文組合陣（CARMA）望遠鏡

測量黑洞質量

關於如何推測出黑洞的質量，科學家提出好幾種不同的方法，大多數都涉及觀測恆星的運動或者環繞黑洞的炙熱發光帶電氣體盤的運動。黑洞的質量決定了它自身引力場的強度，繼而決定了它吸引周圍環繞物質的能力。然而，這些方法都依賴於能夠觀測到恆星和氣體發出的光的望遠鏡。

最新的技術依賴於黑洞附近環繞的冷卻氣體雲的動態性。通過比較黑洞存在或不存在時氣體運動的模型，研究人員能夠推測出黑洞的質量下限，也即要產生這些天文學家觀測到的氣體運動，黑洞的質量最少是多少。分子氣體觀測能夠克服觀測恆星或電離氣體時所要面臨的解析度極限問題，這將幫助研究人員更好的測量遙遠黑洞的質量。

哈勃太空望遠鏡觀測的NGC4526圖片

科學家將這個最新模型應用於星系NGC4526中央超大質量黑洞周圍的氣體，該星系位於5300萬光年遠的處女座。他們使用了位於美國加州的毫米波天文組合陣（CARMA）望遠鏡。利用CARMA陣列觀測NGC4526，獲得了0.25角分的解析度，這相當於能夠觀測到10千米遠的一枚歐元硬幣！利用這些超高解析度圖片能夠放大NGC4526的中央區域，觀測環繞黑洞的旋轉氣體。

科學家估計NGC4526中央黑洞的質量大約是太陽質量的4.5億倍。「這是首次利用分子氣體觀測測量黑洞質量。」

位於智利阿塔卡馬沙漠的ALMA望遠鏡。

利用這款最新望遠鏡，它將幫助科學家測量上百個星系內部的黑洞質量

這種方法利用了下一代科研儀器，例如阿塔卡馬大型毫米/亞毫米波射電望遠鏡陣（ALMA）,它只需要對星系進行不到5個小時的觀測，就能幫助科學家確定上百個星系的中央黑洞的質量。利用位於加州的CARMA望遠鏡，科學家對一個天體的觀測時間至少需要100個小時。而利用位於智利的ALMA望遠鏡，同樣的測量只需要10分的觀測！

接下來，科學家將利用ALMA望遠鏡觀測一個旋轉星系樣本，並確定該樣本星系內部黑洞的質量。還將觀測至少10個天體，它將幫助我們確定這些黑洞是否遵循早期星系的星系—黑洞質量關係。

喜歡這篇文章嗎？立刻分享出去讓更多人知道吧！