研究發現黑洞正通過吞噬數以千計的恆星以增加自身重量
在宇宙中一些最擁擠的地方,黑洞可能正在撕裂成千上萬的恆星並利用它們的殘骸來增加重量。這一發現則是通過利用NASA的錢德拉X射線天文台做出的,而這可能有助於解決有關一類難以捉摸的黑洞的關鍵問題。
雖然天文學家之前已經發現了許多黑洞撕裂恆星的例子,但很少發現如此大規模的。這種類型的恆星破壞可能會解釋中等大小的黑洞是如何由一個小得多的黑洞的快速膨脹形成。
天文學家已經對兩種類型的黑洞進行了廣泛的研究。較小的黑洞被稱為“恆星質量黑洞”,其重量通常為太陽質量的5至30倍。在光譜的另一端則是超大質量黑洞,它們可以重達數百萬甚至數十億太陽質量,可以在大多數大星系的中心找到。近年來,還有證據表明存在一種介於兩者之間的黑洞,它被稱為“中等質量”黑洞。
最近的研究使用了108個星系中心的密集星團的錢德拉數據,這為中型黑洞可能出現和擴張的地點和方式提供了證據。
領導這項研究的華盛頓州立大學普爾曼分校的Vivienne Baldassare指出:“當恆星像它們在這些極其密集的星團中那樣靠得如此之近時,這為中等質量的黑洞提供了一個可行的滋生地。而且似乎星團越密集就越有可能包含一個成長中的黑洞。”
研究小組的理論工作意味著,如果一個星團中的恆星密度–擠在一定體積內的數量–超過了一個閾值,那麼位於星團中心的一個恆星質量的黑洞將經歷快速增長,它會把附近豐富的恆星拉進來、撕碎併吞噬。
在錢德拉新研究中的星團中,密度高於這個閾值的星團包含一個成長中的黑洞的可能性約是低於密度閾值的星團的兩倍。另外,密度閾值還取決於星團中恆星的運動速度。
“這是我們所看到的黑洞貪得無厭的最壯觀的例子之一,因為在黑洞的生長過程中可以消耗數千或數万顆恆星,”來自耶路撒冷希伯來大學的共同作者Nicholas C. Stone說道,“一旦恆星的供應開始枯竭,失控的增長才開始放緩。”
科學家們認為星系中心的大質量黑洞可能形成的其他方式包括巨大的氣體和塵埃雲的坍縮,或是過大的恆星直接坍縮到一個中等大小的黑洞。這兩種想法都需要科學家認為只存在於大爆炸後的最初幾億年的條件。
錢德拉最新研究提出的過程可以發生在宇宙歷史的任何時候,這意味著中等質量的黑洞可以在大爆炸後的幾十億年裡形成並一直直到今天。
密集星團中黑洞的增長也可能解釋了激光干涉儀引力波天文台(LIGO)對一些質量約為太陽50至100倍的黑洞的探測。據悉,大多數大質量恆星坍縮的模型都沒有預測到這種黑洞。
“我們的工作並不能證明失控的黑洞生長發生在星團中。但通過額外的X射線觀測和額外的理論建模,我們可以做出更有力的證明,”來自加利福尼亞州帕洛阿爾託的斯坦福大學的合著者Adi Foord說道。