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錢卓發現銀河系中心的黑洞周圍有小行星牧場

2012/02/13 | | 標籤:

銀河系中心有個重達數十億倍太陽質量的超大質量黑洞。天文學家最近根據錢卓X射線觀測衛星的資料,發現這個黑洞可能正在蒸發或吞噬小行星,以致時常發生閃光(flare)現象。

錢卓觀察位在銀河系中心的超大質量黑洞—人馬座A*(Sagittarius A*, Sgr A*)已數年,約每天會偵測到一次人馬A*發生的X射線閃光現象,每次閃光現象會持續數小時,使黑洞亮度比平常亮幾倍到100倍左右。歐南天文台(ESO)位在智利的超大望遠鏡(Very Large Telescope)在紅外波段也觀察到類似的閃光現象。

英國列斯特大學(University of Leicester)Kastytis Zubovas等人研究錢卓觀測資料,提出一個大膽的解釋,認為緊鄰人馬A*之處或許為數龐大的小行星聚集,三不五時墜入人馬A*的小行星正是造成閃光現象的主要原因。相關論文發表在英國皇家天文學會月刊(Monthly Notices of the Royal Astronomical Society)中。

Illustration of a Doomed Asteroid. Credit: Illustrations: NASA/CXC/M.Weiss  Zubovas等人認為人馬A*附近可能有一片由數百兆顆小行星和彗星組成的大型雲團,這個雲團可能是某顆被超大質量黑洞從它們的母恆星周圍掠奪來的。當小行星靠近黑洞附近的恆星或行星時,小行星的軌道可能會被改變,因而走向被黑洞吞噬的死亡之途。當小行星距離黑洞約1億6000萬公里以內時(約相當於太陽到地球的距離),小行星就會被超大質量黑洞強大的潮汐力給撕得粉碎,碎片在朝人馬A*奔去時,因摩擦而被加熱到極高溫狀態,繼而被蒸發殆盡,如同流星體進入地球大氣時的狀況一樣。此時從錢卓就會觀測到一個閃光現象,這些小行星的殘骸,無論蒸發與否,最終都會被黑洞吞噬掉。

這些天文學家假設黑洞周圍的恆星所擁有的小行星數量,與鄰近地球的其他恆星周圍所擁有的小行星數量相當,則從錢卓資料估算會引起錢卓可見的X射線閃光現象的小行星,半徑約在10公里以上;比這個估算值小的小行星所引起的X射線閃光太過微弱而昏暗,很難偵測到。在人馬A*100多億年的生命期中,恐怕已經吞噬過上兆顆小行星,不過這僅佔了人馬A*周圍所有小行星的小一部份而已,這樣說來,好像一直有源源不絕的小行星、隨時等待黑洞食用一樣。

靠近人馬A*的行星也會被強大的潮汐力撕扯成碎片,但行星的數量遠小於小行星,因此行星被扯碎的頻率低得多了。不過這可以解釋人馬A*偶一為之的X射線閃光增亮了100萬倍的事件,或許約1世紀之前就曾有過一次,只是當時距離X射線望遠鏡發明還有幾十年,因此沒有相關觀測資料;但是錢卓和其他X射線太空任務,觀測到這個爆發被鄰近雲團反射的X射線餘暉(light echo),並據此測量當初爆發時的亮度和發生的時間點。

Zubovas等人預計將在2012年稍晚,利用錢卓對人馬座A*做長時間曝光觀測,以期取得更新、更精確的訊息,瞭解這些閃光事件的發生頻率和亮度改變幅度,藉以修正他們關於X射線閃光是由小行星引發的理論模型,並進一步瞭解在人馬A*周圍如此嚴酷的環境下,小行星和行星究竟會如何形成。

資料來源:NASA’s Chandra Finds Milky Way’s Black Hole Grazing on Asteroids[2012.02.08]

轉載自台北天文館之網路天文館網站


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