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錢卓拍到氣體物質流向星系中心黑洞的特徵

天文學家利用錢卓X射線觀測衛星(Chandra X-ray Observatory)首度清晰拍到熱氣體流向黑洞的影像。對黑洞如何成長,以及在黑洞強大重力場影響下,物質會出現何種行為等兩個現代天文物理基本問題,提供了重要線索。

在距離地球約3200萬光年遠的大型星系NGC 3115中心,有個超大質量黑洞。在此番利用錢卓觀測之前,已有大量研究成果顯示物質正在落往中心的黑洞,但都缺乏清晰的熱氣體特徵。藉由拍到與這黑洞不 同距離的熱氣體X射線輻射強度,天文學家可估算一個熱氣體運動開始完全受制於黑洞重力、逐漸落往黑洞的關鍵臨界距離,這個臨界點到黑洞的距離稱為「邦迪半 徑(Bondi radius)」。

美國阿拉巴馬大學(University of Alabama)Ka-Wah Wong等人表示:當熱氣體流向黑洞時會被擠壓而變得更熱、更亮,而錢卓的X射線觀測結果(右上圖中藍色部分)則確認了這個現象,成為熱氣體流向黑洞的特 徵;右上圖中黃色部分則是歐南天文台(ESO)超大望遠鏡(VLT)以可見光波段觀測的結果。Wong等人估計:大約在距離NGC 3115星系中心黑洞約700光年遠之處,氣體溫度開始增加,換言之,這個黑洞的邦迪半徑約為700光年左右;據此推算的黑洞質量約為太陽的20億倍,是 同量級黑洞中最靠近地球的。

錢卓資料還顯示靠近星系中心黑洞的氣體密度比遠一點的還高,如同理論預測一樣。利用這些觀測到的氣體特性和理論假設互相比對,Wong等人估計每年被拖過黑洞邦迪半徑而吞掉的氣體質量相當於太陽質量的2%。

然而,由氣體能量轉換成輻射的假設,這些天文學家預期在X射線波段應該可觀測到比現在所見NGC 3115中心黑洞還亮100萬倍的X射線源。天文學家向來無法解釋黑洞吞掉這麼多氣體燃料之後,周圍這塊小區域為何還是這麼暗。可能解釋有二:一為實際上 掉落到黑洞上的物質量,比進入邦迪半徑的物質還少很多;另一解釋可能是能量轉換成輻射效益遠比假設的還低。或許這個問題可以在後續的NGC 3115黑洞研究中找到答案。而現行關於物質流入黑洞的不同理論模型,對於接近黑洞的過程中,氣體密度如何快速增加的預測也不同。如果未來能精確測定密度 增加的狀況,某些與觀測結果不符的理論便可剔除。

NGC 3115位在六分儀座方向,屬於所謂的透鏡狀星系(lenticular galaxy),也就是說它類似螺旋星系,絕大部分星體集中在扁平的星系盤面上,但卻沒有螺旋狀的旋臂特徵。

資料來源:NASA’s Chandra Observatory Images Gas Flowing Toward Black Hole [July 27, 2011]

引用自臺北天文館之網路天文館網站

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