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發現距離最近的雙超大質量黑洞

天文學家利用錢卓X射線觀測衛星(Chandra X-ray Observatory),在一個與銀河系類似的螺旋星系NGC 3393中觀測到一對超大質量黑洞。由於這個星系距離地球僅約1億6000萬光年,使它們成為迄今距離最近的雙超大質量黑洞(supermassive black hole pair)。碰撞合併是星系和黑洞成長最重要的途徑之一,而在螺旋星系中發現雙黑洞則是讓天文學家瞭解星系碰撞合併如何發生的重要線索。

NGC 3393位在長蛇座方向;星系裡的這對黑洞彼此相距約490光年,天文學家推測很可能是因兩個大小不等的星系在約10億年以前星系合併後的殘骸。哈佛史密松恩天文物理中心(Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics,CfA)Pepi Fabbiano表示:要不是這個星系離我這麼近,以現代的技術而言,根本沒機會將這對黑洞分辨開來;但也正因如此,讓天文學家們好奇我們究竟錯失了有多少這樣的超大質量黑洞對。Fabbiano等人的論文發表在自然期刊電子版中。

先前其他以X射線和其他波段進行的NGC 3393研究,都指出這個星系中心應是單一的超大質量黑洞。但是經過錢卓長時間曝光觀測後,Fabbiano等人才赫然發現有一對分開的超大質量黑洞,且兩個黑洞都相當活躍的壯大中,大量氣體落往黑洞而愈變愈熱,因而產生大量X射線輻射。

天文學家認為:通常一對質量相當的螺旋星系合併時,才會形成雙黑洞景觀,星系外型也支離破碎,並引發劇烈的恆星誕生。有名的例子之一就是離地球約3億3000萬年遠的NGC 6240,這個星系中就擁有一對雙黑洞。然而,NGC 3393已經是個進入狀況、秩序井然的螺旋星系,在星系中間的核球(bulge)主要被年老恆星佔據—這些看似平常的特徵,對擁有雙黑洞的星系而言,反倒是不尋常的狀況。

NGC 3393是第一個已知由大星系和小得多的星系合併之後,還保有一對超大質量黑洞的例子。天文學家們稱這種大小不均等的合併現象為「次要合併(minor merger)」。事實上,有些理論認為次要合併應該是雙超大質量黑洞最普遍的形成原因,但由於兩星系「實力」相差太多,較大的星系鮮少受到影響,使得合併後的星系看起來和一般典型星系差不多,少了可供考證的合併跡象,因此很難發掘出這類天體做為佐證。

如果NGC 3393是次要合併事件,再合併發生之前,較小星系的超大質量黑洞的質量也應該比較小。雖然觀測資料的確顯示兩黑洞的質量都超過100萬倍太陽質量,但經精確估計這對黑洞的質量後,卻無法證實前述觀點。假設NGC 3393的確曾發生次要合併,那麼這對黑洞最終將在約10億年之後合併在一起。

這兩個黑洞都被大量塵埃和氣體緊緊包圍,在可見光波段不易觀察到。由於X射線能量相當高,可以穿透這些障礙,而看到兩個黑洞個別的訊號。美國德州大學Julia Comerford近期也利用錢卓發現和NGC 3393類似的雙黑洞,這個星系距離地球約20億光年,兩黑洞間彼此相距約6500光年。和NGC 3393一樣,這個星系也沒有因合併而形成的擾動或劇烈恆星形成等現象;然而與NGC 3393不同的是,這個星系並沒有螺旋特徵,而且其中一個X射線源或許可用噴流來解釋而不必是超大質量黑洞,因此Comerford無法確定這個星系裡究竟是一個還是兩個黑洞。

資料來源:NASA’s Chandra Finds Nearest Pair of Supermassive Black Holes

引用自臺北天文館之網路天文館網站

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