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哈勃望遠鏡在矮星系中發現了一個黑洞,居然助力恆星形成

黑洞通常被描述為宇宙中的怪物——撕裂恆星,吞噬任何靠得太近的東西,並俘虜光。 然而,來自美國宇航局哈勃太空望遠鏡的詳細證據顯示了一個新的黑洞:促進而不是抑制恆星的形成。矮星暴星系 Henize 2-10 的哈勃成像和光譜清楚地顯示了從黑洞延伸到像臍帶一樣的明亮恆星誕生區域的氣體流出,觸發已經密集的雲形成星團。天文學家此前曾爭論過,矮星系可能有一個類似於較大星系中的超大質量黑洞的黑洞。對在宇宙時間裡一直很小的矮星系的進一步研究可能會揭示超大質量黑洞的第一顆種子是如何在宇宙歷史上形成和演化的問題。

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在美國宇航局哈勃太空望遠鏡的最新研究中,黑洞通常被描繪成能俘獲光的破壞性怪物,但它的作用並不那麼邪惡。矮星系Henize 2-10中心的一個黑洞正在創造恆星,而不是吞噬它們。黑洞顯然促成了星系中新恆星形成的風暴,矮星系位於3000萬光年之外,位於南方的Pyxis星座。

十年前,這個小星系引發了天文學家之間的爭論,即矮星系是否是黑洞的家園,與在較大星系中心發現的超大質量巨獸成正比。這一新發現幾乎沒有Henize 2-10,它只包含我們銀河系中發現的恆星數量的

十分

之一,有望在解決超大質量黑洞最初來自何處的謎團方面發揮重要作用。

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“十年前,作為一名研究生,我認為我的職業生涯將致力於恆星形成,我查看了 Henize 2-10的資料,一切都發生了變化,”發表了銀河系黑洞的第一個證據的艾米·雷恩斯(Amy Reines) 說,雷恩斯是哈勃新觀測的首席研究員,該觀測發表在1月19日的《自然》雜誌上。

“從一開始,我就知道 Henize 2-10 發生了一些不尋常和特別的事情,現在哈勃提供了一張非常清晰的圖片,說明了黑洞與距離黑洞230光年的鄰近恆星形成區域之間的聯絡, ”雷恩斯說。

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這種聯絡是氣體的流出,它像臍帶一樣橫跨太空,流向明亮的恆星“託兒所”。當低速外流到達時,該地區已經是一個密集的氣體繭的所在地。哈勃光譜顯示流出物以每小時約160萬公里的速度移動,像軟管撞到一堆泥土一樣猛烈撞擊稠密的氣體並擴散開來。新生的星團點綴著外流擴散的路徑,它們的年齡也是由哈勃計算出來的。

這與在較大星系中看到的相反效果,其中落向黑洞的物質被周圍的磁場吹走,形成以接近光速移動的熾熱等離子體射流。在噴流路徑中捕獲的氣體雲將被加熱,遠遠超出它們冷卻並形成恆星的能力。但隨著 Henize 2-10中質量較小的黑洞及其更溫和的流出,氣體被壓縮到剛好足以促成新恆星的形成。

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“距離我們只有3000萬光年,Henize 2-10 足夠近,以至於哈勃能夠非常清晰地捕捉到黑洞流出的影象和光譜證據。另外令人驚訝的是,流出不是抑制恆星形成,而是引發新星的誕生,”這項新研究的主要作者扎卡里·舒特(Zachary Schutte)說。

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自從她在Henize 2-10中首次發現獨特的無線電和 X 射線發射以來,雷恩斯一直認為它們可能來自一個巨大的黑洞,但不像在更大星系中看到的那樣超大質量。然而,其他天文學家認為,這種輻射更有可能是由超新星遺蹟發出的,這在一個正在迅速排出大量恆星並迅速爆炸的星系中很常見。

“哈勃驚人的解析度清楚地顯示出氣體速度的螺旋狀模式,我們可以將其擬合到黑洞流出的進動或擺動模型。超新星遺蹟不會有這種模式,所以它這實際上是我們確鑿的證據,證明這是一個黑洞,”雷恩斯說。

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雷恩斯預計未來將有更多的研究針對矮星系黑洞,目的是利用它們作為超大質量黑洞如何在早期宇宙中形成之謎的線索。對於天文學家來說,這是一個持久的難題。星系的質量與其黑洞之間的關係可以提供線索。Henize 2-10中的黑洞質量約為100 萬個太陽質量。在更大的星系中,黑洞的質量可能超過我們太陽質量的10億倍。宿主星系的質量越大,中央黑洞的質量就越大。

目前關於超大質量黑洞起源的理論分為三類:1)它們像較小的恆星質量黑洞一樣形成,來自恆星的內爆,並以某種方式聚集了足夠的物質以發展成超大質量,2)早期的特殊條件宇宙允許形成超大質量恆星,這些恆星立即坍縮形成巨大的黑洞“種子”,或者 3)未來超大質量黑洞的種子誕生在密集的星團中,星團的總質量就足夠了以某種方式從引力坍縮中創造出它們。

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這些黑洞播種理論都沒有處於領先地位。像 Henize 2-10 這樣的矮星系提供了有希望的潛線上索,因為它們在宇宙時間裡一直很小,而不是經歷像銀河系這樣的大型星系的增長和合並。天文學家認為,矮星系黑洞可以作為早期宇宙中黑洞的模擬物,當時它們剛剛開始形成和生長。

“第一個黑洞的時代不是我們能夠看到的,所以它真的變成了一個大問題:它們是從哪裡來的?矮星系可能會保留一些關於黑洞播種場景的記憶,而這些場景本來是迷失在時間和空間中,”雷恩斯說。

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