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不拉扯:雙黑洞在和平共存星團裡相安為鄰

2012/10/25 | | 標籤:

喧鬧的鄰舍 M22星系團中,在電波波段發光的兩個天體,有可能是低質量黑洞。它們正各自以鄰近的恆星為食物在進食中。兩個黑洞各有一顆伴星。這幅由藝術家所畫的示意圖顯示著黑洞如何從它的伴星那兒吸取物質。圖片來源: Benjamin de Bivort

宇宙裡,黑洞從來都不是一位佳名遠播的和氣好鄰居。它們的存在總是讓周圍鄰居感覺不太舒服,雖然說它不只是把東西往肚子裡吞,在進行吞吃的同時,也會猛烈地在一陣陣打嗝中把電漿和輻射等物質噴出來以「回饋鄉里」。如果要是有兩個黑洞被放在隔壁的話,那絕對免不了會有一場拔河戰,其結局之慘烈也將可想而知。但在銀河系裡的一個星團中,那兒倒是有兩個黑洞似乎的確比鄰而居、和平共處,頗令人驚訝。

這兩個相當輕量級的黑洞就位於球狀星團M22中,這個星團距離我們大約一萬光年,含有幾十萬顆恆星。發生在這個星團中這樣「雙黑洞比鄰而居」的情形或許可能代表在宇宙中還有更多與之相似的同類。原本在理論預期中,這個星團裡由於黑洞間彼此重力交互作用的緣故,所有黑洞都應該會在短時間內全部從星團中被噴發出來,但這個星團的表現卻與預期完全相反。一組由美、英、澳三國跨國合組的天文學者團隊,最近在Nature期刊上公佈了他們令人相當跌破眼鏡的最新發現。

他們所使用的電波望遠鏡陣列是美國新墨西哥州的VLA,原訂中的計畫是要在M22星團中心尋找中等質量黑洞。中質量黑洞的定義應該是質量約太陽幾千倍、性質難以捉摸的一種天體。質量等級歸類在「中等」一類是因它被拿來和位於星系中心的「超大質量黑洞」做比較,所謂的「超大質量黑洞」往往是太陽質量的幾百萬甚至幾十億倍。不過,原先要找的中質量黑洞目前為止還沒找到,出乎意料地,卻是找到一對質量較輕,由大質量恆星塌縮而形成的輕量級黑洞。M22星團裡這些所謂「恆星等級」黑洞,質量約只有太陽質量的10到20倍左右。

這裡頭令人驚訝的部份是在於-現今通行的理論多認為,球狀星團裡應該沒有黑洞,即或是有,也應該數量很稀少。撰寫這篇研究論文的第一作者,來自密西根州立大學的天文學家Jay Strader表示,球狀星團能夠生成黑洞固然無庸置疑,因為在任何有大質量恆星存在的地方都可能會生成黑洞,真正的問題是,它們去向何方?可以在它生成的環境中留下來嗎?或是會被踢出去?

按過去的研究看法,青一色地全都投給了「踢出去」假說一票,不過Strader等人在新發現中所提出的論點,卻對此理論抱持著批判的態度,恐怕拋射發生的過程,未必是像原先所假設的那麼有效率。在天文學者當中,來自「觀測」陣營的一方常會有叫「理論」陣營大吃一驚的發現,當然,反之亦然,不足為奇。

有什麼理由可讓Strader團隊將M22-VLA1和M22-VLA2這兩個新發現的天體歸類為黑洞呢?由於這兩個M22星團中的天體是由VLA在電波波段拍攝到,但早先M22星團在X-射線波段的存檔圖像中卻找不到它們,像這樣的電磁波放射的模式相當特別,足可以讓人將其他幾種較常能在球狀星團中見到的緻密天體的可能性都加以排除:第一,它的電波波段訊號太多,不可能是白矮星(恆星生命終結階段的高密度殘餘物),第二,它的X射線幅射又太少,不會是中子星(質量更大的恆星塌縮成為密度更高的殘餘物)。

此外,這兩個天體在電波波段呈現明顯亮光的事實,還必須先符合一套特殊的存在條件才行,這意味著這兩顆黑洞是各自從一個以近距離軌道繞行它的伴星取得持續進食的物質,這顆伴星最有可能的身分就是-白矮星。如此一來,發生在M22星團中的一個黑洞身上的單一不尋常案例,似乎可以拿你在廚房裡發現一隻蟑螂時的假設做比喻,不難想像那一隻就意味著周圍還有更多隻,只是不在視線範圍內而已。天文學家能在電波波段中看見它們,表示它們除了是一對雙星以外,還必須靠得夠近才會發生質量交換。這讓Strader等人進一步估計,在這個球狀星圖中應該有大約100個左右低質量的黑洞。他們認為,M22星團裡有這類像是黑洞的天體應該不會僅只於兩個。

如果黑洞的屬性果真能比原先預測的來得更加地好相處的話,理論天文學者可要陷入一番苦思並好好加以解釋,過去那些奉為圭臬的基本原理能否解釋得了最新觀測結果呢,電腦開機囉,這可要花上一番功夫。(Lauren 譯)

資料來源:Cluster Coexistence: Neighboring Black Holes Defy Predictions of Violent Interactions. SA [October 3, 2012]

轉載自 網路天文館

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