天文學家發現兩個黑洞正在合併 迄今最遙遠

【2024年05月22日訊】(記者陳俊村報導)藉由美國國家航空航天局(NASA)的詹姆斯‧韋伯太空望遠鏡(James Webb Space Telescope),天文學家發現了兩個星系與其內部的超大質量黑洞正在進行合併的證據。這起合併事件發生在宇宙初期,這是迄今已知在合併的最遙遠黑洞。

韋伯太空望遠鏡網站在5月16日發布的新聞稿中指出,天文學家已經在近域宇宙中的大多數巨大星系內發現超大質量黑洞,其質量為太陽的幾百萬至幾十億倍,其中包括我們的銀河系。

這些黑洞可能對它們所在的星系產生重大影響。但天文學家並不十分了解這些黑洞如何變得如此巨大。

天文學家發現,在宇宙大爆炸後的10億年內就有巨大的黑洞存在,這意味著黑洞的成長一定非常快,也非常早。現在,韋伯太空望遠鏡的發現能闡明宇宙初期巨大黑洞的成長。

韋伯太空望遠鏡的新觀測結果提供了兩個星系與其超大質量黑洞正在進行合併的證據。這起合併事件發生在宇宙的年齡只有7.4億年時。這整個系統稱為ZS7。

會活躍地吸積物質的超大質量黑洞具有特殊的光譜特徵,可供天文學家辨識。但對非常遙遠的黑洞而言,例如本次研究所發現的黑洞,這些特徵無法用地面望遠鏡觀測,只能藉助於性能優異的韋伯太空望遠鏡。

本次研究的報告撰寫人、英國劍橋大學(University of Cambridge)研究人員烏伯勒(Hannah Übler)說:「我們在黑洞附近發現了快速運動的高密集氣體,以及被黑洞在吸積過程中產生的高能輻射照亮的高溫和高電離氣體。」

烏伯勒提到,韋伯太空望遠鏡的高解析力讓他們能分辨出兩個黑洞。

參與這項研究的劍橋大學暨倫敦大學學院(University College London)研究人員梅約利諾(Roberto Maiolino)說,他們發現其中一個黑洞的質量是太陽的5,000萬倍,另一個黑洞的質量可能也差不多,但它埋藏在密集的氣體中,比較難以量測。

烏伯勒說:「我們的發現顯示,合併是個重要的途徑,黑洞可以藉此迅速成長,即便在宇宙初期也是如此。」

她說,他們的研究成果與韋伯太空望遠鏡先前在遙遠宇宙發現的其它活躍和巨大黑洞也能證明,這些龐大的黑洞從一開始就在塑造星系的演化。

來自西班牙天體生物學中心(Centro de Astrobiología)的另一名研究人員佩雷斯-岡薩雷斯(Pablo G. Pérez-González)補充說,ZS7的恆星質量(stellar mass)與銀河系附近的大麥哲倫星系(Large Magellanic Cloud)類似。

他說:「我們試著想像,如果正在合併的每一個星系中都有比銀河系內的超大質量黑洞還巨大的黑洞,這些星系會如何受到影響。」

該研究團隊還說,一旦這兩個星系合併,它們也會產生重力波(gravitational wave)。此類事件可經由下一代的重力波天文台進行觀測,例如歐洲太空總署(European Space Agency)最近剛核准的重力波探測計劃——雷射干涉太空天線 (Laser Interferometer Space Antenna)。它將成為人類第一座設立在太空中、專門用來研究重力波的天文台。

上述研究成果於5月16日發表在《王家天文學會月刊》(Monthly Notices of the Royal Astronomical Society)上。

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