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每天 1 个太阳,胃口最大的黑洞

来源:铭儒快讯网   作者:探索   时间:2024-03-28 17:52:35

你能想象黑洞以每天一个太阳的每天速度进食有多恐怖吗?即使是我们的老朋友 —— 具有 65 亿倍太阳质量的 M87 中心黑洞,它吃掉一个太阳也要花费 10 年时间。个太一个十年,阳胃麒麟颂一个一天,口最究竟是黑洞什么样的饥饿巨兽能有如此饕餮之口?

都说“天上的星星数不清”,其实夜晚的每天天空(即使在理想情况下),能用肉眼识别的个太星星也就那几千颗。假如你有相机等设备加持,阳胃那这里完全是口最另一番景象。尤其是黑洞在巡天望远镜眼中,原本漆黑一片的每天太空,此时用“璀璨”一词来形容一点不为过。个太

起初人们认为除了金星、阳胃木星这些比较明亮的口最行星外,天上的黑洞星星几乎都是银河系内的恒星。后来 1924 年,埃德温・哈勃在一个星云中发现了一颗特殊的恒星(造父变星 V1),经过距离测算,麒麟颂这家伙和我们的距离已经远远超出了银河系尺度。后来人们意识到,那个星云根本就不是什么星云,而是距离我们最近的大星系 —— 仙女座星系。至此人们才体会到宇宙是多么的广阔,天上的亮点除了是银河系里的恒星外,也有可能来自其他星系。

上世纪 50 年代,随着射电天文学的发展,天文学家又发现了一些特殊的天体。这些天体原本在可见光波段就是一个暗淡的小点,有时候甚至啥都看不到,根据以往经验判断,它们应该就是一些遥远的恒星。然而意想不到的是,在红外线(尤其是无线电波段),这些原本不起眼的小点此时却表现得十分耀眼。

尤其是 1963 年,当人们发现 3C 273这颗“恒星”竟然有着高达 0.158 的红移后就再也坐不住了:这到底是个什么玩意儿,竟然隔着 20 多亿光年还能如此耀眼?超新星爆发也没这个能力啊!于是人们暂时把这种类似恒星的天体称之为“类星体(Quasar)”。

类星体的亮度有多夸张?就拿这个 3C 273 来说,它的光度是太阳的 20 万亿倍,是整个银河系的 1000 倍!当时的人们哪知道宇宙里还有这等怪物,面对此情此景天文学家们纷纷表示:来活了!

很快,人们对类星体究竟是什么提出了各种猜测。经过一番比拼,最终基于超大质量的黑洞模型拔得头筹。因为通过哈勃望远镜拍摄的高清照片,人们发现这东西竟然有吸积盘,甚至还有喷流。

根据模型,天文学家计算出 3C 273 的黑洞质量在 2 亿~5 亿倍太阳质量之间,这个体量的黑洞只能是星系中心的超大质量黑洞。在黑洞的强大引力下,它周围的物质在黑洞外面形成了一个高速旋转的吸积盘。之前说过,吸积盘里的气体非常稠密,旋转中的吸积盘由于粘滞作用会向外释放出大量的能量。论能量转化效率,核聚变来了都得喊声“大佬”,这便是类星体高亮的原因。

通常来说,越亮的类星体意味着它里面的黑洞越大,吞噬物质的速度也就越快,这也是把它们归为“活动星系核(AGN)”的原因。截止目前,已确认的类星体大约有 100 万个,无论个头还是亮度,3C 273 在这里面连个弟弟都算不上。后来又发现很多更亮的类星体,有些质量甚至达到了数百亿倍太阳质量

就在前不久(2024 年 2 月),一篇发表于《自然・天文学》的文章表示,天文学家确认了一颗迄今为止最亮的类星体(J0529-4351),亮度达到了太阳的 500 万亿倍!500 万亿倍是个什么概念?假如你的台灯是这个类星体,那么太阳的亮度相当于你站在 2 万公里外看这盏灯!想象一下这个类星体得有多亮!

这是一个红移在 3.962 的类星体。将近 4 的红移,意味着它发出的光需要经过 120 亿年才能到达地球。没错,我们看到的其实是它 120 亿年前的样子。考虑到宇宙膨胀,如今它距离我们已超过 200 亿光年

当时的宇宙刚刚年满 18 亿岁,但此时的黑洞却已大得离谱,足足有 170 亿倍太阳质量!虽然论个头它还不是已发现的最大黑洞,但论亮度它称第二没人敢称第一。能发出最亮的光,说明它的吸积盘或许也是最大的。研究人员估算,该黑洞吸积盘的直径可能达到了 7 光年!如果太阳是这个黑洞的话,它的吸积盘甚至快要覆盖到了比邻星!

吃个饭用得着这么大的盘子吗,这个黑洞是有多饿?研究人员计算了下,该黑洞每年要吃掉 413 个太阳质量的物质,平均下来一天至少吃 1.13 个太阳,也就是每秒 4 个地球!根据光度计算,该类星体的吸积效率已经几乎到达了理论上的极限。因为如果再快的话,吸积盘的辐射压就会开始把物质吹散,从而阻止进食,这一理论上的极限也被称为“爱丁顿极限(Eddington limit)”。

你说这么特别的一个目标,咋就现在才被发现呢?

没错,就因为它过于特别了!

类星体数据通常来自于巡天项目,对大片天区进行的观测会产生海量的数据。这些数据仅凭人力很难筛选,现在都是通过机器学习来分析。但是了解机器学习的同学应该都知道,机器也不是一开始就认识类星体,你也要训练它,事先给它喂很多的样本数据。而样本数据的特征往往都是典型的,这就导致一旦机器遇到特殊类型的情况,它就很难识别出来。

早先这个类星体是被欧航局的盖亚任务发现的,但是由于其过于明亮,当时被机器识别成了一颗恒星。后来研究人员发现,这个“恒星”貌似不大对劲,有点太远了,它该不会是个类星体吧?可是类星体见得多了,但这么亮的类星体实属罕见。

还记得几年前,哈勃望远镜曾经发现过一颗具有离谱亮度的类星体,光度相当于 600 万亿个太阳!但是后来发现,它之所以这么亮其实是被引力透镜效应给放大了,经过重新计算,它的实际光度其实只相当于 11 万亿个太阳。

最后,经过欧洲南方天文台(ESO)甚大望远镜(VLT)的再次确认,这个类星体遭遇引力透镜的可能性被排除。最终该天体被正式归为了类星体,并赋予了其“最亮类星体”的称号。

然而“你有你的想法,宇宙另有想法”,就像超大质量黑洞的存在一样,超出理论预期的事并不罕见,更亮的类星体就一定不可能存在吗?而这也正是人类不断探寻宇宙的原因。人类的认知永远是具有局限性的,所有的科学理论说到底都只是当前阶段的最优解,而非最终解。发现现象,总结经验,完善理论,这就是科学一直在做的事!

参考资料:

  • [1] https://en.wikipedia.org/wiki/Active_galactic_nucleus

  • [2] https://www.eso.org/public/news/eso2402/

  • [3] https://www.nature.com/articles/s41550-024-02195-x

  • [4] https://www.eso.org/public/archives/releases/sciencepapers/eso2402/eso2402a.pdf

  • [5] https://en.wikipedia.org/wiki/J043947.08%2B163415.7

本文来自微信公众号:Linvo 说宇宙 (ID:linvo001),作者:Linvo

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责任编辑:综合