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NGC 4178的意外:「袖珍型」超大質量黑洞

天文學家利用錢卓X射線觀測衛星(Chandra)、史匹哲紅外太空望遠鏡(Spitzer Space Telescope)和甚大電波陣列(Very Large Array,VLA)等觀測後發現:星系NGC 4178核心的超大質量黑洞,是迄今已知同類天體中質量最低者之一。由於NGC 4178是天文學家並未預期到會擁有超大質量黑洞的星系型態,因此在這個星系中發現質量偏低的袖珍型超大質量黑洞,顯示它和其他星系中的超大質量黑洞可能來源不同。

NGC 4178是個螺旋星系,距離地球約5500萬光年,位在室女座方向。上圖是史隆數位巡天(Sloan Digital Sky Survey,SDSS)所拍攝的影像,白框中插入的則是探測到的X射線源;其中一個X射線源就在星系核心超大質量黑洞所在處。但綜合紅外與電波觀測資料予以分析後,發現這個超大質量黑洞的質量非常低,幾乎是理論上超大質量黑洞預期的質量下限。

由這個X射線源的X射線亮度和光譜(不同波長的X射線量),以及它的紅外亮度,這些天文學家認為:NGC 4178核心的黑洞正快速地拖拉吞噬週邊物質,且當這些物質落入黑洞的過程中所產生的光,都被環繞在黑洞周圍的氣體和塵埃吸收掉了。

天文學家一般可從黑洞所發出的X射線和電波輻射的量來估算黑洞質量,由此獲得的NGC 4178核心黑洞質量約為200,000倍太陽質量;這個估算值與這些天文學家用其他方法間接估算的數值相符。不過,這樣的質量等級,低於典型超大質量黑洞的數百萬到數十億倍太陽質量的規模。

NGC 4178雖然是螺旋星系,但天文學家先前之所以原本不認為NGC 4178擁有超大質量黑洞,是因為這個星系並不具有明亮的中心密集(central concentration),也就是一般所稱的星系核球(bulge)。除了NGC 4178之外,另外還有4個沒有核球的星系,現在也認為它們可能含有超大質量黑洞,其中2個星系的超大質量黑洞的質量與NGC 4178接近。利用XMM-Newton觀測衛星進一步觀測錢卓在NGC 4561星系核心發現的X射線源,估計它的質量大於20,000倍,不過,若是這個黑洞拉扯吞噬周邊物質的速度比較慢,那麼它的X射線輻射量不如預期的多,則黑洞質量應該會再高一些。而NGC 4395星系核心的黑洞質量,估計約為360,000倍太陽質量。

天文學家先前已經發現:由大量星系的觀察結果,證明星系核心超大質量黑洞的質量,與星系核球總質量密切相關。經理論模型模擬結果,顯示這個現象牽涉到星系合併,並預測沒有核球的星系應該就不可能擁有超大質量黑洞。而NGC 4178和其他4個星系的最新研究結果卻與這個理論預測不符,顯見若非是理論需要修正,那麼便是NGC 4178等星系的超大質量黑洞的來源,和典型超大質量黑洞不同。

在NGC 4178的錢卓X射線影像中,另外還有3個X射線源;如果這些X射線源的確是NGC 4178星系裡的天體,那麼它們可能是含有約數十倍太陽質量的恆星型黑洞或中子星的雙星系統;3者中最亮的X射線源(嵌入圖的右下角)則可能是個中型黑洞,質量約為6,000倍太陽質量。

資料來源:NGC 4178: Revealing a Mini-Supermassive Black Hole. NASA

轉載自 網路天文館

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