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神秘的巨大黑洞

作者 Aries 于 2003年06月22日 08:30:36 (19311 次阅读) 天文新闻
  ( March 28, 2000, 11:20 AM )

  在北斗七星的旁边,大熊座的“熊头”附近,有一个形状不伦不类的M82星系。直径达1200万光年的M82星系,有一条黑色缝隙横贯其中,所以它得到了一个“破裂星系”的绰号。这条黑色缝隙实际上是一个由混杂尘埃的气体构成的,而M82星系本身是一个标准的“透镜”型星系。M82星系具有显著的特征,其中心部位以超过别的星系数千倍的速度诞生着新的恒星。最近在被称为“星爆”的M82星系中,天文学家发现了奇异的天体。释放千倍于太阳的能量。

  1997年,日本京都大学的一个研究小组使用X射线观测卫星发现M82星系内的一个天体,从非常有限的空间发出大量X射线,这个天体主要放射3000电子伏特的高能X射线,其光度达到太阳全部光度的千万倍。

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  为了搞清这个天体的真实面目,科学家立即着手进行了反复达9次的观测,对可信数据的分析结果表明,这个天体在短短几天的时间里,其光度就发生了几倍的变化。这个天体光度的变化情况被美国麻省理工学院和内华达大学的科学家于1999年同时观测到。它的光度变化的直接原因目前还无法确定,但是却为科学家了解这一奇异天体的本来面目,提供了极其珍贵的数据,因为根据这些数据能够算出这个天体的大小,它的直径约为太阳与地球距离的数十倍,也就是说,它的大小充其量相当于太阳系。从如此小的区域内居然能够释放出相当于太阳1000万倍的能量,从现代物理学可知其唯一的可能就是黑洞。M82星系中黑洞的质量。

  “黑洞”是根据广义相对论预言存在的天体,它凭着自身的引力把空间中的一切“禁闭”起来。黑洞的大小若用质量相比较的话,那么具有太阳质量的黑洞,其半径只有3公里。黑洞把一切物质吸入,连光都不可能逸出。而M82星系中的黑洞却喷释出大量能量,这的确是异乎寻常的。事实上,当物质被吸入黑洞的“地平线”下之前,黑洞极强的引力场引起了超高速运动,由此释放出巨大能量。其原理与水力发电相似,在水力发电中,下落的势能转化为电能。对黑洞来说,因引力下落的能量由于摩擦转变为热能,并最终转变为光能。

  事实上,对被称为“X射线双星”的天体的观测表明,气体被吸入黑洞后释放出的是光放射。黑洞是与中子星或是巨星构成彼此绕转的双星,从巨星流出的气体在旋转着落入黑洞或中子星时,会放出大量X射线。在这种情况下黑洞具有太阳的质量,若具有8倍于太阳的质量,那便是超新星爆发后的残存物。中子星是仅由中子构成的天体,比黑洞要大上数倍。

  迄今为止已知的X射线双星系统最亮者达到太阳光度的100万倍程度,M82星系发现的X射线天体在此基础上又增高了10倍。由此估计这个黑洞的质量约为太阳的460倍到最大为1亿倍。总之,这个黑洞的质量很可能远远超过了太阳。这说明,在M82星系发现的是待确认的黑洞,而不单纯是超新星爆发后残存物。

  M82星系发现的待确认黑洞在研究宇宙中存在的巨大黑洞起源的时候,具有极重大的意义。决定性的证据。

  近几年,有观测报告说在银河系中心似乎存在巨大黑洞,所谓“巨大黑洞”是指质量超过太阳100万倍以上的黑洞。如果存在巨大黑洞,那么在它周围的物质亦应当像绕太阳旋转的行星那样,遵循“开普勒行星运动三定律”,哈勃太空望远镜就在NGC4261、室女座M84星系、室女座M87星系等星系中心发现了高速旋转的气体。

  根据开普勒定律,气体的旋转速度应与其围绕天体的质量的平方根成正比,与旋转半径的平方根成反比。如果能够确定旋转速度和半径,就能求出那个天体的质量,NGC4261旋转半径为300光年以内,质量约为太阳质量的20亿倍;M84星系旋转半径为30光年以内,质量约为太阳质量的3亿倍;M87星系旋转半径为15光年以内,质量约为太阳质量的30亿倍。计算结果应当说是令人吃惊的!10亿倍太阳质量的黑洞的半径大约为10天文单位,也就是1光年的一万分之一。所以,哈勃太空望远镜的观测结果与黑洞的半径相比较,还没有把握住黑洞的外侧。
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