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宇宙捉迷藏——寻找那些散落在宇宙中的无数隐藏黑洞

2019-08-05 18:59 前瞻网   
宇宙捉迷藏——寻找那些散落在宇宙中的无数隐藏黑洞

是时候去找那些隐藏起来的黑洞了。

这是两位日本天体物理学家提出的观点,他们写了一篇论文,提议对可能广泛存在于我们银河系的数百万个“孤立黑洞”(IBH)进行新的搜索。这些黑洞飘浮在黑暗当中,吸收着星际间的物质——恒星间漂浮的尘埃和其他物质。但是黑洞的吸积过程非常低效,大量的物质以高速被抛出到太空之中。研究人员写道,当这些流出物质与周围的环境相互作用时,应该会产生人类射电望远镜能够探测到的无线电波。如果天文学家能从星系的其他噪音中筛选出这些无线电波,他们也许就能够发现这些看不见的黑洞。

研究人员在他们的论文中写道:“观察IBH的一种基础方法是观察它们的x射线辐射。”目前他们的这篇论文在7月1日作为预印本发表在arXiv上,还未经过正式的同行评议。

这是为什么呢?当黑洞从太空中吸走物质时,黑洞边缘的物质会加速运动并形成所谓的吸积盘,在往视界运动的过程中,吸积盘里的物质会相互摩擦,并在这个摩擦过程中喷射出x射线。但与超大质量黑洞相比,孤立黑洞的体积较小,因此不会以这种方式发射大量x射线,它们的吸积盘中也根本没有足够的物质或能量来产生大量x射线信号。因此,过去使用x射线对IBH进行的研究也未能得出结论性的结果。

东京大学的Daichi Tsuna和京都大学的Norita Kawanaka在他们的论文中写道:“这些流出物质可能会使IBH在其他波长中被检测到。流出物质可以与太空周围的物质相互作用,在交界面上产生强烈的非碰撞性震波,这些震波可以放大磁场,加速电子运动,而这些电子又会在射电波段发射出同步辐射。”

换句话说,穿过星际介质的这些流出物应该会使电子以产生无线电波的速度运动。

荷兰莱顿大学的天体物理学家西蒙·波特吉斯·兹瓦特(Simon Portegies Zwart)没有参与Tsuna和Kawanaka的研究,但他认为“这篇论文很有意思,”波特吉斯·兹瓦特自己也研究了IBH(也被称为中等质量黑洞IMBH)的问题。

波特吉斯·兹瓦特说:“这将是找到IMBH的好方法,我认为,有了LOFAR(the Low-Frequency Array,荷兰低频阵列),这样的研究应该可以实现,但灵敏度方面可能会有点问题。”

波特吉斯·兹瓦特解释说,IBH一直被认为是黑洞类型中的“缺失环节”,天文学家目前可以检测到的黑种类型有两种:一种是恒星质量黑洞,这种黑洞的大小是太阳的两倍到一百倍,另一种是超大质量黑洞,这种庞大的怪物住在星系的核心,它的大小是太阳的成千上万倍。

恒星质量的黑洞偶尔可以在由普通恒星组成的双星系统中探测到,因为双星系统可以产生引力波,而伴星可以为大型x射线暴提供燃料。超大质量黑洞的吸积盘会释放出非常巨大的能量,天文学家们可以探测到甚至直接拍摄到它们。

但是,处于这两种类型之间的IBH则要更难检测。天文学家们怀疑太空中有一些天体可能是IBH,但这些结果尚不确定。不过过去的研究,包括波特吉斯·兹瓦特在2017年合著并发表在《皇家天文学会月刊》的一篇论文都表明,宇宙中可能隐藏着数百万颗IBH。

Tsuna和Kawanaka写道,对IBH进行无线电调查的最佳方式可能需要用到平方公里阵列射电望远镜(SKA),SKA是一种多部件射电望远镜,计划在南非和澳大利亚建造分部。它的无线电波收集面积预计为1平方公里(0.39平方英里)。研究人员估计,SKA将能够在其计划于2020年进行的第一个概念验证阶段中,探测到至少30颗IBH发射出的无线电波。他们写道,以后完整的SKA系统(计划在本世纪20年代中期建成)应该能够探测到多达700颗IBH。

他们写道,SKA不仅能够发现来自这些IBH的无线电波,还应该能够精确地估算其中许多IBH的距地距离。当那一刻到来的时候,所有这些隐藏起来的黑洞应该都会水落石出。

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责任编辑: 4041WCHEN

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