360 億個(gè)太陽大小的黑洞可能位于宇宙馬蹄鐵的中心

2007 年，天文學(xué)家發(fā)現(xiàn)了宇宙馬蹄形星系，這是一個(gè)由大約 55 億光年外的星系組成的引力透鏡系統(tǒng)。

前景星系的質(zhì)量放大并扭曲了遙遠(yuǎn)背景星系的圖像，該星系的光在到達(dá)我們之前已經(jīng)傳播了數(shù)十億年。前景星系和背景星系完美對(duì)齊，以至于它們創(chuàng)造了一個(gè)Einstein Ring.

對(duì)宇宙馬蹄鐵顯示 Ultra-Massive 的存在黑洞（UMBH） 在前景星系中，具有驚人的 360 億個(gè)太陽質(zhì)量。

UMBH 沒有嚴(yán)格的定義，但該術(shù)語通常用于描述質(zhì)量超過 50 億個(gè)太陽質(zhì)量的超大質(zhì)量黑洞 （SMBH）。

SMBH 并不是傳統(tǒng)意義上的“發(fā)現(xiàn)”的。相反，隨著時(shí)間的推移，他們的存在變得清晰起來。此外，隨著時(shí)間的推移，越來越多的大質(zhì)量被測(cè)量到。人們?cè)絹碓叫枰獮樽畲筚|(zhì)量的黑洞命名，這就是“超大質(zhì)量黑洞”一詞的由來。

在宇宙馬蹄鐵中發(fā)現(xiàn)的巨大質(zhì)量黑洞在新的研究中進(jìn)行了介紹。它的標(biāo)題是”揭開宇宙馬蹄形引力透鏡中心的 360 億太陽質(zhì)量黑洞的面紗“，主要作者是來自巴西南里奧格蘭德聯(lián)邦大學(xué) Instituto de Física 的 Carlos Melo-Carneiro。該論文可在 arxiv.org 上獲得。

19 世紀(jì)末/20 世紀(jì)初發(fā)生了一場(chǎng)物理學(xué)革命，相對(duì)論取代了牛頓物理學(xué)，并將我們對(duì)宇宙的理解推向了一個(gè)新的水平。很明顯，空間和時(shí)間是交織在一起的，而不是分開的，大質(zhì)量物體可以扭曲時(shí)空。

即使是光也不能幸免，愛因斯坦給出了黑洞——這可以追溯到約翰·米歇爾 （John Michell） 的“暗星”——一個(gè)連貫的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)。1936 年，愛因斯坦預(yù)測(cè)的引力透鏡，盡管他沒有活得足夠長(zhǎng)，無法享受我們今天享受的視覺證明。

現(xiàn)在，我們知道了數(shù)千個(gè)引力透鏡，它們已成為天文學(xué)家自然而然的工具之一。它們之所以存在，是因?yàn)樗鼈兙薮蟮暮诙础?/p>

宇宙馬蹄形星系中的透鏡前景星系被命名為 LRG 3-757。這是一種特殊類型的稀有星系，稱為發(fā)光的紅色星系（LRG），它們?cè)诩t外范圍內(nèi)非常亮。

LRG 3-757 的質(zhì)量也非常大，大約是銀河系的 100 倍，是有史以來觀測(cè)到的最大質(zhì)量星系之一?，F(xiàn)在我們知道，有史以來探測(cè)到的最大質(zhì)量黑洞之一占據(jù)了這個(gè)巨大星系的中心。

作者在他們的論文中寫道：“超大質(zhì)量黑洞 （SMBH） 位于每個(gè)大質(zhì)量星系的中心，它們的質(zhì)量通過宇宙時(shí)間的共同演化與宿主星系緊密相連。

天文學(xué)家沒有在大質(zhì)量星系的中心找到恒星質(zhì)量的黑洞，也沒有在矮星系的中心找到 SMBH。SMBH 與其宿主星系之間存在著既定的聯(lián)系，尤其是像 LRG 3-757 這樣的大質(zhì)量橢圓星系。這項(xiàng)研究加強(qiáng)了這種聯(lián)系。

該研究的重點(diǎn)是所謂的 MBH-sigmae 關(guān)系。它是 SMBH 的質(zhì)量與恒星的速度色散之間的關(guān)系。銀河凸起.速度色散 （sigmae） 是衡量恒星速度以及它們圍繞平均速度變化程度的指標(biāo)。速度色散越高，恒星移動(dòng)得越快、越隨機(jī)。

當(dāng)天文學(xué)家檢查星系時(shí)，他們發(fā)現(xiàn) SMBH 的質(zhì)量越大，速度色散就越大。這種關(guān)系表明星系的演化與 SMBH 的增長(zhǎng)之間存在著深刻的聯(lián)系。

SMBH 的質(zhì)量與其星系的速度色散之間的相關(guān)性非常緊密，以至于天文學(xué)家可以通過測(cè)量速度色散來很好地估計(jì) SMBH 的質(zhì)量。

然而，宇宙馬蹄鐵中的 UMBH 比 MBH-sigmae 關(guān)系所暗示的要大。

作者寫道：“預(yù)計(jì)宇宙中質(zhì)量最大的星系，例如最亮的星系團(tuán) （BCG），承載著質(zhì)量最大的 SMBH。天文學(xué)家在這些星系中發(fā)現(xiàn)了許多 UMBH，包括 LRG 3-757。

“盡管如此，這些 UMBH 的重要性在于它們中的許多都偏離了標(biāo)準(zhǔn)的線性 MBH-sigmae 關(guān)系，”研究人員解釋說。

LRG 3-757 顯著偏離相關(guān)性。

作者寫道：“我們的研究結(jié)果將宇宙馬蹄形 ~1.5 σ 置于 MBH-sigmae 關(guān)系之上，支持了在 BGC 和其他大質(zhì)量星系中觀察到的新興趨勢(shì)。

“這表明在最高質(zhì)量處存在更陡峭的 MBH-sigmae 關(guān)系，這可能是由 SMBH 及其宿主星系的不同協(xié)同演化驅(qū)動(dòng)的?！?/p>

在大質(zhì)量星系中，MBH-sigmae 關(guān)系解耦的背后是什么？一些恒星可能在過去的合并中已經(jīng)從星系中移走，從而影響了速度色散。

LRG 3-757 可能是Fossil 組，根據(jù)作者的說法?！榜R蹄鐵的鏡頭是獨(dú)一無二的，因?yàn)樗挥?em>z= 0.44，并且沒有同等質(zhì)量的伴星系——它很可能是一個(gè)化石群，“他們寫道。

化石群是大型星系群，其中心有非常大的星系，通常是 LRG?；汉?LRG 代表了活動(dòng)減慢的星系進(jìn)化的后期階段。在 LRG 中形成的恒星很少，因此它們是“紅色和死亡的”。星系之間也幾乎沒有相互作用。

作者寫道：“化石群作為早期星系合并的殘余物，與局部星系相比可能遵循不同的進(jìn)化路徑，這可能解釋了 BH 質(zhì)量高的原因。

LRG 3-757 可能經(jīng)歷了所謂的“沖刷”。當(dāng)兩個(gè)超大質(zhì)量星系合并時(shí)，可能會(huì)發(fā)生沖刷，并影響星系中心恒星的速度色散。

作者解釋說：“在這個(gè)過程中，雙星 SMBH 動(dòng)態(tài)地將恒星從合并星系的中心區(qū)域排出，有效地減少了恒星的速度色散，同時(shí)保持 SMBH 質(zhì)量基本不變。

另一種可能性是黑洞/AGN 反饋。當(dāng)黑洞積極進(jìn)食時(shí)，它們被稱為活躍的銀河系核.來自 AGN 的強(qiáng)大噴流和流出可以淬滅恒星的形成，并可能改變星系的中心結(jié)構(gòu)。這可能會(huì)使 SMBH 的增長(zhǎng)與速度色散解耦。

作者寫道：“第三種情況假設(shè)這種 UMBH 可能是極其明亮的類星體的殘余物，類星體在早期宇宙中經(jīng)歷了快速的 SMBH 吸積事件。

研究人員表示，需要更多的觀測(cè)和更好的模型“來解釋 M_黑sigmae 關(guān)系的上端。

由于 Euclid 任務(wù)，更多的觀測(cè)正在進(jìn)行中。

“預(yù)計(jì) Euclid 任務(wù)將在未來五年內(nèi)發(fā)現(xiàn)數(shù)十萬個(gè)晶狀體，”作者在結(jié)論中寫道。超大望遠(yuǎn)鏡 （ELT） 也將通過允許對(duì)速度色散進(jìn)行更詳細(xì)的動(dòng)力學(xué)研究來做出貢獻(xiàn)。

“這個(gè)新的發(fā)現(xiàn)時(shí)代有望加深我們對(duì)星系演化以及重子和 DM 成分之間相互作用的理解，”作者總結(jié)道。

本文最初由今日宇宙.閱讀原創(chuàng)文章.

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