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再次刷新纪录!科学家发现130亿年前诞生的古老黑洞!
2019-08-23 18:39 前瞻网   

 

美国宇航局钱德拉x射线天文台可能发现了迄今为止距离地球最远的遮蔽超大质量黑洞,它可能诞生在宇宙大爆炸8.5亿年之后,这比此前发现最早诞生的黑洞还要早了大约5亿年。这是人类第一次发现这么古老的遮蔽黑洞。

超大质量黑洞通常通过吸入吸积盘的物质生长。当增长快速的时候,这个吸积过程会在黑洞周围的一个非常小的区域内产生大量的辐射,并产生一个极其明亮、紧凑的光源,这个光源被称为类星体。

理论计算表明,在大多数黑洞的早期生长过程中,黑洞和吸积盘都会被稠密的气体云包围,这些气体云会将物质送入吸积盘。随着黑洞的成长,气体云中的气体逐渐减少,黑洞及其明亮的吸积盘才会慢慢暴露出来。

智利天主教大学的CAS-CONICYT研究员Fabio Vito领导了这项研究,他表示,“在这个被气体云遮蔽的阶段寻找类星体非常具有挑战性,因为在这个阶段中,太多的辐射被吸收了,现有的仪器根本无法检测到,多亏了钱德拉天文台和x射线穿透云层的能力,我们认为我们终于成功了。”

这一发现源于对一颗名为PSO 167-13的类星体的观察,该类星体最早是由夏威夷的泛星计划(Pan-STARRS)发现的。这些以及其他调查得到的光学观测结果已经发现了大约200颗类星体,它们在宇宙大爆炸后不到10亿年(或者说大约是现在宇宙年龄的8%)内诞生。不过这些探测结果只针对非遮蔽的黑洞,因为它们探测的辐射很容易就会被周围稀薄的气体云和尘埃所干扰。因此,科学家们曾经认为PSO 167-13也是非遮蔽的。

为了验证这个观点,Vito的团队使用钱德拉天文台对PSO 167-13和其他9个通过光学观测发现的类星体进行了观测。经过了漫长的16个小时,钱德拉天文台对PSO 167-13的观测只探测到3个x射线光子,它们全部都具有相对较高的能量。由于低能量的x射线比高能量的更容易被吸收,所以钱德拉观测到的结果很可能是因为类星体被气体云高度遮蔽,我们才只探测到高能x射线。

“这完全是一个惊喜,”论文合著者、宾夕法尼亚州立大学(Penn State)天文学和天体物理学教授尼尔·勃兰特(Niel Brandt)说,“这就像我们期待看到一只飞蛾,但我们看到的却是一个茧一样。我们观察到的其他九个类星体没有一个是遮蔽的,这也不出我们意料。”

研究人员说,对于PSO 167-13来说有一个很有趣的地方,这个类星体所在的星系有一个紧密的伴星,这个伴星可以在之前用智利阿塔卡马大毫米阵列(ALMA)和美国宇航局的哈勃太空望远镜获得的数据中看到。由于星系和伴星之间距离非常近,加上x射线源也非常微弱,研究小组无法确定新发现的x射线是来自类星体PSO 167-13还是来自那个伴星星系。

如果x射线来自那个已知的类星体,那么天文学家则需要解释为什么类星体在x射线中被高度遮蔽,但在可见光中却非常明显。一种可能性认为,在进行光学观测和x射线观测之间的3年期间,类星体的遮蔽程度急剧增加。

另一方面,如果x射线的确是来自伴星星系的话,那么它就意味着PSO 167-13附近有一个新的类星体。这对类星体将是迄今发现的最古老的类星体,打破了上一个在宇宙大爆炸12亿年后诞生的类星体的记录。

无论是那种情况都好,钱德拉探测到的类星体将是迄今为止发现的最古老的遮蔽类星体。此前最古老的类星体诞生在宇宙大爆炸13亿年后。研究作者计划通过后续观察对该X射线来源进行更精确的观察。

“使用钱德拉天文台进行更长时间的观察之后,我们就能更好地评估这个黑洞的遮蔽程度,然后确定x射线源究竟是已知的类星体还是伴星系。”论文合著者、智利天主教大学前宾州州立大学的博士后研究员弗朗茨·鲍尔( Franz Bauer)说。

作者还计划寻找更多被高度遮蔽的黑洞。

意大利博洛尼亚国际宇宙研究中心的罗伯特·吉利(Roberto Gilli)说:“我们怀疑早期宇宙中的大多数超大质量黑洞都是被遮蔽的,因此,对它们进行探测、研究它们快速增长至10亿个太阳质量的过程都至关重要。”

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责任编辑: 3976DBC

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