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这是旋涡星系NGC 3393的光学/X波段合成图像

  北京时间9月6日消息,科学家们使用美国宇航局钱德拉塞卡X射线空间望远镜首次发现了在一个和我们银河系类似的旋涡星系中存在的一对超大质量黑洞。这一对黑洞距离地球约1.6亿光年,是迄今发现的距离最近的此类天体现象。

  这对黑洞位于旋涡星系NGC 3393核心位置,两者相距仅490光年。科学家们相信这是数十亿年前该星系吞并了另一个质量较小星系后留下的遗迹。

  哈佛-史密松天体物理中心(CfA)的佩皮·法比亚诺(Pepi Fabbiano)领导了这项研究,他们的论文已经发表在本周出版的在线版《自然》杂志上。他说:“要不是这一星系距离我们如此之近,我们绝无机会观察到这一现象。从宇宙角度来看,这一星系几乎就在我们鼻子底下,这让我们不得不开始怀疑我们是否之前还错过了许多类似的双黑洞现象。”

  在先前的X射线和其他波段观测中,天文学家们很早便注意到星系NGC 3393的核心位置存在一个超大质量黑洞。然而此次钱德拉望远镜进行的长时间观测让科学家们有机会识别出这其实是一对双黑洞。两个黑洞成员都处于活跃状态,随着大量气体物质落向它们并迅速发热升温,产生剧烈的X射线辐射。

  天文学家们认为,当两个质量大致相等的旋涡星系合并时,它们应当会在核心形成一对超大质量黑洞,同时星系会严重变形,漩涡结构消失,并形成大量的恒星新生区。一个广为人知的例子就是NGC 6240核心区的超大质量黑洞,它距离地球大约3.3亿光年。

  然而星系NGC 3393的情况显然与此不同,它是一个规整的旋涡星系,其核心区被大量老年恒星占据,看不到明显的恒星新生区域。这对于一个核心区拥有一对黑洞的星系而言显得不同寻常。事实上,NGC 3393可能是首个被发现的这类案例,即一个较大规模的星系吞并一个小质量星系,并在其核心形成双黑洞的情形。并且,根据现有理论显示,这种质量不对称的吞并行为应当是造成星系核心双黑洞现象的主因。不过要证实这一点非常困难,因为要找到这种案例实在困难重重,核心区域拥有双黑洞的旋涡星系外形看起来和普通的漩涡星系根本看不出任何区别。

  同样来自哈佛-史密松天体物理中心的研究参与者王云峰(Junfeng Wang,音译)说:“除了其核心位置的两个黑洞之外,这两个星系的合并没有留下一丝痕迹。考虑到质量不对称的合并现象,在这类情形中大质量的一方在合并发生后毫发无损并不令人感到意外。”

  那么,如果这果真是一次质量不对称合并事件的结果,那么这两个黑洞的质量一定存在很大的差异。目前还没有这两个黑洞具体质量的精确测量数据,但是观测已经显示这两个黑洞的质量都超过了100万倍太阳质量。根据推算,这两个黑洞应当将在大约10亿年后合并。

  这两个黑洞隐藏在大量气体和尘埃云帷幕后方,难以在光学波段进行观测。但是X射线能级更高,它可以穿透这层云雾。高度灵敏的宇航局钱德拉空间X射线望远镜探测到了清晰的双黑洞信号。

  此次有关星系NGC 3393黑洞的发现和之前德州大学奥斯丁分校天文学家茱莉亚·科玛福德(Julia Comerford)同样借助钱德拉望远镜发现的一个疑似双黑洞目标存在一些相似之处。当时科玛福德检测到两个X射线源,这可能是由于这一距离地球约20亿光年星系内部两个黑洞独立发出的辐射,两者相距估计约为6500光年。

  论文合著者,任职于哈佛-史密松天体物理中心和意大利国家天体物理研究院的基多·瑞萨里提(Guido Risaliti)说:“碰撞和合并是宇宙中星系和黑洞成长的最重要方式之一,找到存在于旋涡星系核心部位双黑洞的证据是我们了解这种过程的一个重要步骤。”

  钱德拉塞卡X射线空间望远镜是一台威力空前的X射线波段观测设备,由史密松天体物理台负责运行和飞行控制,管理工作则由设在亚拉巴马州亨茨维尔的宇航局马歇尔空间飞行中心负责。(晨风)

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