科學家發現星系噴射強烈的X射線,這是黑洞通過引力作用吸積宇宙物質,吞噬氣體和灰塵的典型跡象。
超大質量黑洞可以噴射大量的X射線,這意味著黑洞“發光度”要比星系心臟區域更明亮。事實上,這種黑洞釋放的大量能量足夠完全剝離星系中的氣體25次以上。
環繞超大質量黑洞周圍的吸積盤所產生的能量足以加熱位于超大質量星系心臟區域的寒冷氣體。吸積盤可以照射所有不同波長的光線,從射電波至伽馬射線波。它們加速了氣體的無規則運動,使氣體的溫度升高,將它們從星系中心排斥出來,從而星系中心密度逐漸降低。
氣體需要達到一定的低溫和高密度,在引力作用下坍縮才能形成新的恒星,因此熾熱、低密度氣體必須足夠降低溫度,才能具備孕育新恒星的條件。這一降溫過程需要漫長的時間才能實現。
在這種情況下,星系內較老的恒星陸續步入死亡階段,而沒有新的恒星進行替換,使星系逐漸變得黑暗,慢慢朝向死亡邁進。
超大質量黑洞與其他相對較低質量的黑洞比較下,有一些有趣的區別:超大質量黑洞的平均密度可以很低,甚至比空氣的密度還要低。
這是因為史瓦西半徑是與其質量成正比,而密度則是與體積成反比。由于球體(如非旋轉黑洞的視界)的體積是與半徑的立方成正比,而質量差不多以直線增長,體積的增長率則會更大。故此,密度會隨黑洞半徑的增長而減少。在視界附近的潮汐力會明顯的較弱。由于中央引力奇點距離視界很遠,若假想一個太空人向黑洞的中央移動時,他不會感受到明顯的潮汐力,直至他到達黑洞的深處。
超大質量黑洞的研究歷史
一些星系,如0402+379星系有兩個超大質量黑洞,形成一個二元系統。若它們相撞,將會產生強勁的重力波。最新超級計算機模型顯示,星系中心超大質量黑洞可能起源于宇宙最早期星系碰撞質量是太陽數百萬倍至數十億倍的超大質量黑洞通常存在于每個星系的中心區域,天文學家現發現超大質量黑洞存在于宇宙形成之初的10億年內。
目前,超級計算機計算顯示,宇宙早期超大質量原星系之間的合并為超大質量黑洞的孕育提供了“滋養平臺”。宇宙誕生于137億年前。在宇宙早期,巨型原始星系之間的合并十分普遍,超級計算機模擬顯示這種原始星系碰撞合并形成一種不穩定、旋轉氣體盤狀結構,其中的漏斗狀氣體僅在10萬年內就逐漸堆積形成太陽質量1億多倍的微型氣體云。
該氣體云崩潰形成黑洞,致使該黑洞在大約1億年里通過從周圍盤狀結構吸取氣體形成太陽10億倍的質量。此前天文學家曾認為超大質量黑洞、星系和其它巨型星系結構通過逐漸引力吸引宇宙物質,最終形成質量越來越大的星系結構。美國俄亥俄州大學天文學家斯特利奧斯-卡贊特茲迪斯(Stelios Kazantzidis)是該研究報告合著作者之一,他說:“我們的研究結果顯示星系和超大質量黑洞在內的較大宇宙結構體在宇宙歷史進程中形成時間很短暫。”他指出,這項最新研究對于我們理解黑洞和星系的進化具有更深遠的意義。
卡贊特茲解釋稱,依據傳統理論,星系的性質和其中心的黑洞質量密切相關,兩者處于“平行生長關系”,但這一理論現應當進行修改。在我們的最新超級計算機模型中,黑洞的生長速度快于星系,因此黑洞并不完全受星系的增長所控制。瑞士蘇黎世大學天體物理學家盧西奧-梅耶(Lucio Mayer)是該項研究負責人,他指出,該模型的一個重要結論是宇宙最早期的星系中心區域擁有比之前預期更大的超大質量黑洞。這項最新發現將有助天文學家更好地揭開神秘的引力波,依據愛因斯坦的廣義相對論,遠古星系合并將形成壯觀的引力波,所形成的漣漪在時空和太空中的殘留部分仍能探測到。目前,這項科學研究發表在8月26日出版的《自然》雜志上。
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