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科学网—英研究人员发现黑洞和时空涟漪共存现

2020-05-08 18:47

理论上认为,当恒星围绕黑洞呈螺旋形快速运动时,将产生引力波,从而导致时空涟漪(ripples in the space-time)现象。爱因斯坦在广义相对论里已经预测了这样的现象,但是一直没有观测到。据悉,激光干涉空间天线是一个由美国国家航空航天局和欧洲航天局合作的引力波探测计划,它是由三颗航天器组成的三角形激光干涉仪,用以探测引力波,激光干涉空间天线计划在2018年投入运行。尽管斯威本科技大学的研究发现极大地提高了天文学家观察宇宙奇观的机会,但激光干涉空间天线的运用将在引力波的探测方面带来更快更直接的效果。

“这种情况让人困惑,我们无法理解具备数十亿倍太阳质量的超大黑洞何以存在于早期宇宙中,”天文学家朱莉:科莫福德(Julie Comerford)说。她是加州大学伯克利分校教授,虽没有参与此项研究,但她接受了记者的采访并发来电子邮件。“这次的研究是对于理解超大质量黑洞如何快速形成的重要进展。”

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此项新的模拟对于寻找引力波具有重要意义,引力波是爱因斯坦的广义相对论中预言的一种时空波动现象。 “当这种超大质量黑洞出现,时空将显示巨大的扭曲。我们认为这将是宇宙中存在的最显著引力波作用,应当最容易被探测出来,”梅耶说。“当你成功模拟这样的大质量黑洞形成过程,你应当能够找到很多极早期宇宙引力波的痕迹”

格雷厄姆称,利用这些研究结果,天文学家可以开发出新的模型来模拟星系的形成和演化。以前的演化模型中星系只有一个核心,我们现在可从原理和数据上开发出混合模型来解释双核共存现象,并有望揭开它们动态演化的秘密。

“这项工作首次演示了一团超大质量尘埃云如何塌缩聚集成为超大质量黑洞的过程,”物理学家鲁奇奥:梅耶(Lucio Mayar)说。他来自瑞士理论物理学院,是这项研究的首席科学家。该项发表已经发表于8月26日的《自然》杂志。“在其他类似的模拟中,人们都仅仅假设了一个星系的情形,但是我们知道在宇宙的早期阶段,星系碰撞是非常频繁的。”

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星系中心的致密星团,图中的白斑是星系中心的致密星团

超大质量黑洞可以具有数亿倍太阳质量,几乎存在于每个星系的中心,梅耶说。在这项研究的数学模拟中,当两个原始星系发生相撞时,形成了一个超大质量黑洞。但是不同的是,初期的原始星系含有比现代星系多得多的气体成分。在碰撞过程中,星系中的气体由于引力潮汐作用落向质量中心,从而能形成一个致密、超大质量的气体云核心,其具备的超大质量很快就将使自己崩塌,收缩成一个巨大的黑洞。

据国外媒体报道,英国斯威本科技大学研究人员在英国《皇家天文学会月刊》(Monthly Notices of the Royal Astronomical Society)上发表了他们的最新研究结果。研究人员发现在银河系中存在黑洞和时空涟漪共存现象。副教授阿利斯:格雷厄姆(Alister Graham)和李:斯皮特勒(Lee Spitler)博士在研究了50个星系后发现,12个星系中包含了双核,也就是说12个星系中同时包含一个超大质量的黑洞和一个由千万颗星组成的密集星团,这个密集星团位于星系的中心。

科学家解开宇宙早期超大质量黑洞形成机制之谜

格雷厄姆称,普遍存在的双核星系现象提高了发生天文奇观的可能性。首先,黑洞可能“吞噬”掉邻近的恒星。当恒星靠近大质量黑洞时,黑洞的超强引力可以将它吞噬掉。现在,黑洞附近有一百万颗恒星,明显增加了发生这种情况的机会。其次,双核星系现象的存在表明可能还有更多的天文学家没有虑及的“超速恒星”存在。当一个恒星靠近大质量黑洞并处在黑洞引力范围,这个恒星就会以超过每秒500公里的速度脱离以前的星系。最后,此项研究结果还表明,通常称为引力辐射现象发生的可能性也大大增加。

北京时间8月27日消息,据国外媒体报道,通过对宇宙早期大质量星系碰撞模型的研究,天文学家日前解开了宇宙形成初期超大质量黑洞的形成之谜。

此前天文学家普遍认为,大多数小星系的中心存在一个致密星团,而大星系存在超大质量的黑洞,双核星系被认为是极为罕见的。斯威本科技大学研究人员的研究结果表明,双核星系现象实际上是相当普遍的。

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