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首度目擊超大質量黑洞吞噬氣體雲的瞬間

2011/12/22 | | 標籤:

天文學家利用歐南天文台(ESO)超大望遠鏡(Very Large Telescope,VLT)NACO紅外相機和SINFONI紅外光譜儀,觀察位在銀河系中心的超大質量黑洞(supermassive black hole)人馬座A*(Sgr A*),結果發現一個質量約為地球數倍大的氣體正加速朝黑洞而去。這是天文學家首度看到這類氣體雲被超大質量黑洞吞噬的瞬間。相關論文發表在2012年1月5日出版的自然(Nature)期刊。

天文學家相信我們銀河系的中心有個質量高達400萬倍太陽質量的超大質量黑洞。但因連宇宙中速度最快的光接近黑洞時,都會被黑洞吞噬,無法直擊黑洞的情形,因此必須藉助周圍其他天體來間接瞭解這個黑洞。

由德國普朗克地外物理研究所(Max-Planck Institute for Extraterrestrial Physics)Reinhard Genzel領軍的研究團隊,利用ESO望遠鏡執行一個長達20年的計畫,監測Sgr A*周圍的恆星運動狀況。在監測過程中,他們發現一個獨特的新天體正高速向黑洞接近。過去7年間,這個天體的速度幾乎增加為發現時的2倍,達時速800多萬公里。

The centre of the Milky Way showing a newly discovered and rapidly moving cloud. Credit: ESO/MPE  它的軌道相當橢圓,Genzel等人估計約在2013年年中左右,這個天體就會離Sgr A*這個黑洞的事件穹界(event horizon)僅約400億公里之遙。這個距離聽起來很遠,可是僅相當於36光時(light-hours),以天文尺度而言,算是與超大質量黑洞非常近的距離了。而估計這團雲氣所能最靠近黑洞而沒被瓦解的距離,大約是3AU以內。(註:1光時代表光行走1小時的距離,相當於300000公里/秒*60秒*60分鐘=10.8億公里,大約比太陽到木星距離多一點。1AU代表太陽到地球的平均距離,相當於1.5億公里;3AU大約相當於在火星到木星之間。)

然而觀測資料顯示,這個天體的溫度遠低於附近的恆星,僅有攝氏280度左右(一般正常恆星的表面溫度約數千度到數萬度),主要是由氫與氦等元素所組成。這是個含塵量偏高的離子氣體雲,總質量約為地球的3倍左右。由於受到鄰近眾多而熾熱的恆星所發出的強烈紫外輻射影響,這個雲氣已被游離化而發出光芒。

這個雲氣的密度比環繞在Sgr A*黑洞周圍吸積盤內的熾熱氣體還高許多,但當它愈來愈接近黑洞時,愈來愈高的外來壓力會壓縮這個雲氣,在此同時,來自黑洞的重力也愈來愈強,使得雲氣速度持續增加,最後導致雲氣在邊環繞、邊落往黑洞表面的過程中,會被拉扯變形,沿著環繞黑洞的軌道散佈。

在科幻片或科幻圖畫中,常可見接近黑洞的太空人被拉長成麵條一般的景象,但現在卻是真實看到類似的事情發生。這樣被拉扯變形的結果,將使雲氣分裂瓦解,再被黑洞一一吞噬。由於這些天文學家從2008年和2011年所拍的影像中已經看到這個雲氣的邊緣碎裂的現象,顯示正在加速分裂的徵兆,所以他們估計這個雲氣結構可能在未來數年內便會完全瓦解。

此外,當散在軌道上的物質於2013年愈來愈接近Sgr A*時,其溫度也會愈來愈高,屆時可能會發出X射線輻射。目前少有物質接近Sgr A*,因此當這團新發現的雲氣物質將是Sgr A*未來數年內唯一的餐點。

對於這團雲氣的來源,有天文學家認為可能是鄰近的年輕大質量恆星因所發出的恆星風非常強烈,導致其快速流失質量所致。這類恆星基本上會將流失的氣體吹得很遠。天文學家在Sgr A*附近發現一對雙星正環繞Sgr A*運轉,它們的恆星風互相撞擊激盪,非常可能就是因此而形成這團雲氣。

Genzel表示:未來2年內,這團雲氣和超大質量黑洞之間的互動狀況必定非常有趣,如能密切監視其發展,對於瞭解黑洞周圍物質的行為特性有非常大的幫助。而Sgr A*是離我們最近、最容易觀察的超大質量黑洞,如能對其性質進一步瞭解,更可將對Sgr A*的瞭解,延伸應用到其他星系中心的超大質量黑洞上。

資料來源:A Black Hole’s Dinner is Fast Approaching[2011.12.14]

轉載自台北天文館之網路天文館網站

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