天文學家一直認為可以在M101星系旋臂上的極亮X射線源(Ultra-luminous X-ray sources,ULXs)M101 ULX-1找到中型黑洞(intermediate-mass black holes)的證據,但最新的研究指出,提供動力來源的黑洞竟然出乎意料的輕盈,僅有20-30倍太陽質量。本研究發表在2013年11月28日出版的「自然」(Nature)期刊。
為了測量黑洞質量,研究團隊利用夏威夷Mauna Kea 雙子北座望遠鏡(Gemini North Telescope)的多天體光譜儀(Multi-Object Spectrograph)測量其伴星光譜的移動以推斷黑洞質量。這個餵養黑洞的伴星是個沃爾夫-瑞葉星(Wolf-Rayet stars),這類恆星會吹出強烈的恆星風,餵養黑洞。此研究顯示M101 ULX-1的黑洞從恆星風掠取的物質,比天文學家所預測的更多。
M101 ULX-1極為明亮,由黑洞吸積盤放出的X射線和由伴星放出的紫外線比太陽還要耀眼一百萬倍,英國雪菲爾大學(University of Sheffield)天文學家Paul Crowther表示,這雖然這不是第一個發現的沃爾夫-瑞葉星和黑洞的雙星,但它距離我們有2200萬光年之遙,可是目前發現最遙遠的此類雙星系統。餵養黑洞的沃爾夫-瑞葉星極有可能已經死亡,因此這個系統現在可能是個雙黑洞雙星。
M101 ULX-1這個 X射線源主要為軟X射線,因此很多天文學家原本認為在M101 ULX-1找到中型黑洞是遲早的事。中型黑洞的質量約有100至1000倍太陽質量,介於恆星型黑洞(stellar-mass black holes)和位處星系中心的超大質量黑洞(supermassive black holes)之間。目前中型黑洞的證據仍相當缺乏,極亮X射線源一直被認為是中型黑洞的藏身處之一,M101 ULX-1更是看來最有希望的目標。
太空船在穹界因時間停頓而變得靜止不動這一情況在阿爾迪斯一九七六年寫的《夜裡的黑暗靈魂》(The Dark Soul of the Night)中,亦有頗為形象的描寫。恆星的引力崩塌,在羅伯特.史弗堡(Robert Silverberg)的《前往黑暗之星》(To the Dark Star, 1968)之中卻帶來另一種(雖然是假想的)危險。故事中的主人翁透過遙感裝置「親身」體驗一顆恆星引力塌陷的過程,卻發覺時空的扭曲原來可以使人的精神陷於瘋狂甚至崩潰的境地。
七○年代末的黑洞熱潮,令迪士尼(Walt Disney)的第一部科幻電影製作亦以此為題材。在一九七九年攝製的電影《黑洞》(The Black Hole)之中,太空船「帕魯明諾號」在一次意外中迷航,卻無意中發現了失蹤已久的「天鵝號」太空船。由於「天鵝號」環繞著一個黑洞運行,船上的人因時間延長效應而衰老得很慢。這艘船的船長是一個憤世疾俗的怪人,他的失蹤其實是故意遠離塵世。最後,他情願把船撞向黑洞也不願重返文明。
比起史提芬.史匹堡(Steven Spielberg, 1946-)的科幻電影,這部《黑洞》雖然投資浩大,拍來卻是平淡乏味,成績頗為令人失望。除了電影外,科幻作家艾倫.迪安.霍斯特(Alan Dean Foster, 1946-)亦根據劇本寫成的一本同名的小說。
根據廣義相對論的計算,一旦有重力波經過,不同脈衝星訊號之間的相關性與脈衝星在天球上的夾角會滿足一條特定的曲線,稱為 HD 曲線(Hellings-Downs curve)。
-----廣告,請繼續往下閱讀-----
科學家以兩顆脈衝星為一組觀測單位,藉由觀測多組脈衝星的訊號、計算它們之間的相關性,再比較這些數據是否符合 HD 曲線,就能夠進一步推斷低頻重力波是否存在。值得一提的是,由於重力波訊號非常微弱,用來作為陣列的脈衝星必須有非常穩定的計時條件,因此一般會選擇自轉週期在毫秒(ms)級別的毫秒脈衝星作為觀測對象。
NANOGrav 在今年 6 月發布的觀測結果就是利用位於波多黎各的阿雷西博天文台(Arecibo Observatory,已於 2020 年因結構老舊而退役)、美國的綠堤望遠鏡(Robert C. Byrd Green Bank Telescope)和甚大天線陣(Very Large Array, VLA)觀測 68 顆毫秒脈衝星。
他們分析了長達 15 年的觀測數據後,發現這些脈衝星訊號的相關性與 HD 曲線相當吻合,證實了低頻重力波確實存在於我們的宇宙中。