卡冈图雅,揭秘宇宙黑洞卡冈图雅的面貌

2017-09-04 13:32:54 来源:www.tansuoyuzhou.cn 作者:

   探索宇宙网小编带你了解“卡冈图雅”:

  卡冈图雅是什么,卡冈图雅当初是怎样命名的。俄罗斯航天局近日发布了一系列的图像,展示了如果黑洞、星云和星系在地球附近,我们的夜空也会怎样一幅情景。图中显示的为《星际穿越》中卡冈图雅位于地球附近的情景。

  

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  《星际穿越》里的大黑洞“卡冈图雅”周围,为什么看不到太多明亮的星星?

  天文学家最新的一项发现,或许可以解释其中的原因。

  正在热映的影片《星际穿越》里,“卡冈图雅”可以说是当仁不让的主宰,不仅扭曲时空为复杂的故事提供了上演的舞台,还首次将超大质量黑洞逼真地展现在大银幕上,并由此引发了一场全民科(tǔ)普(cáo)热潮。

  比如一些死理性派就吐槽说——超大质量黑洞不是应该位于星系中心,被无数明亮的恒星包围吗?

  为什么电影里“卡冈图雅”周围看不到多少恒星?如果没有被恒星包围,它周围吸积盘里的物质又是从哪里来的?

  

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  无独有偶,在11月21日出版的《皇家天文学会月报》(Monthly Notices of the Royal Astronomical Society)上,一个国际天文学家团队公布了一项新发现,或许可以为《星际穿越》里孤独的“卡冈图雅”提供一个合理解释。

  他们分析了多个天文台站长达数十年的观测数据,在距离地球大约9000万光年的一个矮星系中,发现了一个不同寻常的光点。那个矮星系名为马卡良117,位于北斗七星的斗勺之中。那个光点则被称为SDSS 1133,特征与超大质量黑洞相符。尽管超大质量黑洞通常存在于星系中心,但SDSS 1133距离这个矮星系的核心至少有2600光年。

  2013年6月,这些科学家利用位于夏威夷莫纳克亚山顶凯克天文台口径10米的凯克Ⅱ望远镜,获得了这个天体的高分辨率近红外影像。通过对照片的分析,他们发现SDSS 1133的发光区域宽度不到40光年,而马卡良117的中心也显现出了恒星密集形成的迹象,还有其他特征表明这个星系最近发生过动荡。

  

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  凯克Ⅱ望远镜拍摄的高分辨率近红外影像,显示SDSS 1133的发光区域宽度不到40光年,而马卡良117的中心也显现出了恒星密集形成的迹象。

  研究团队猜测,这可能是两个星系及其中心黑洞并合的后果。两个星系的碰撞与并合,会瓦解它们原本的形状,产生新一轮恒星形成热潮。如果每个星系的中心都有一个超大质量黑洞,在两个星系合二为一之后,它们就会在新的星系中心构成一对“双星”,最终也会合并在一起。

  按照爱因斯坦的引力理论,黑洞在并合过程中会以引力辐射的形式释放大量能量。不断加速的质量会向四面八方辐射出引力波,也就是时空结构中的涟漪。如果两个黑洞质量相同,自转也相同,它们的并合产生的引力波在各种方向上就会是均匀的。但更可能出现的状况是,它们的质量和自转都不一样,这就会产生不平衡的强力波辐射,将黑洞朝相反方向弹射出去。

  这样的弹射有可能足够强劲,直接把黑洞扔出它所在的星系,从此永无止境地在星系际空间流浪下去。更常见的情况是,黑洞被弹射到一个长椭圆轨道上。尽管位置发生了变化,被弹射出去的黑洞仍会保留它周围的炽热气体,继续发光发亮,直到这些气体全部被它耗尽为止。

  听起来是不是很像《星际穿越》里的“卡冈图雅”,一个远离星系中心、孤独游荡在黑暗之中的超大质量黑洞?就这个问题,果壳网“科学人”专门采访了这项研究的第一作者、瑞士苏黎世联邦理工学院的天文学家迈克尔·科斯(Michael Koss)。

  

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  距离我们最近的大星系——仙女座大星系的中心,就有一个质量相当于1亿倍太阳的超大黑洞,与《星际穿越》里“卡冈图雅”的设定十分相似。

  “‘卡冈图雅’有可能是一个与SDSS 1133类似的超大黑洞,”虽然还没有看过《星际穿越》,科斯已经跟其他看过电影的合作者讨论过相关的话题,“电影中的这个黑洞,是在影射仙女座大星系(M31)中心的那个黑洞,那个质量超大而又以最高速度自转的黑洞。40亿年后,如果我们的银河系与仙女座大星系发生并合,也会发生一场剧烈的黑洞弹射。”

  斯科对“科学人”解释说,“一个被弹射出星系的黑洞,确实比位于星系致密中心的黑洞要孤独许多。但很有可能,这个黑洞仍然会保留一部分气体和物质在它的吸积盘中,或者在穿越星系的过程中沿途吸积一部分物质。吸积,或者说物质落向黑洞而释放出引力能,是已知利用质量来获取能量的效率最高的方式,因此黑洞通过吸积盘来维持较长时间(比如上百万年)的发光,其实消耗不了太多的物质。”

  不过,研究团队目前还无法百分百确定,SDSS 1133就一定是一个被弹射出原星系的超大黑洞。另外一种可能,它是一颗极为罕见的高光度蓝变星(Luminous Blue Variable,LBV)。此类恒星在最终爆炸前很久,便会经历周期性的爆发,将大量质量抛入太空。按照这种解释,SDSS 1133可能是有史以来观测到的周期最长的高光度蓝变星。

  我们银河系中距离最近的此类恒星,是大质量双星系统海山二(η Carinae),其中包含了一颗质量约为太阳90倍的高光度蓝变星。在1838年到1845年间,这个系统经历了一场爆发,抛射出至少10倍太阳质量的物质,使得它成为当时天空中第二明亮的星星。19世纪90年代,它又经历了一场规模较小的爆发。

  

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  哈勃空间望远镜拍摄的海山二,包含了一颗质量约为太阳90倍的高光度蓝变星。如果SDSS 1133不是“卡冈图雅”那样的超大黑洞,那必定是一颗持续爆发了近60年的高光度蓝变星。

  如果把SDSS 1133解释成一颗高光度蓝变星,这颗恒星至少必须从1950年开始就几乎持续不断地爆发,直到2001年亮度达到顶峰,并发生超新星爆炸。1950年之前的望远镜,不论是空间分辨率还是灵敏度,都不足以检测到这个天体。但如果真是高光度蓝变星的持续爆发,现有观测记录就足以使得它成为最长久和最持续的高光度蓝变星。

  科斯说,根据手头掌握的数据,现在还无法分辨它到底是哪种情况。过去6个月来,SDSS 1133增亮明显,如果这一趋势持续下去,就将支持黑洞解释。为了更细致地分析这个天体,研究团队计划在2015年10月,利用哈勃空间望远镜上的宇宙起源摄谱仪,对它进行紫外线观测。

  不管这是一个被驱逐的超大质量黑洞,还是一颗罕见恒星的临终表演,SDSS 1133似乎都是天文学家以前从来没有看到过的一种天文现象。