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天体物理学家发现十几个黑洞轨道SgrA

发布时间:2018-05-14  点击数:[25]

哥伦比亚天体物理学家在银河系中心发现了12颗黑洞低质量二进制星。他们的存在表明,在银河中心仅仅三光年内就有可能发生大约1万个黑洞。学分:哥伦比亚大学

哥伦比亚大学领导的天体物理学家团队发现了十几个黑洞,聚集在银河系中心的超大质量黑洞 - 人马座A *(Sgr A *)周围。这一发现是第一次支持数十年的预测,为更好地理解宇宙开辟了无数的机会。

“哥伦比亚天体物理学家Chuck Hailey是哥伦比亚天体物理实验室的共同主任,也是研究的主要作者,他说:”你想了解大黑洞与小黑洞相互作用的方式,你可以通过研究这种分布来学习。 。 “银河系是我们唯一可以研究超大质量黑洞如何与小的黑洞相互作用的唯一星系,因为我们无法看到它们在其他星系中的相互作用。从某种意义上说,这是我们必须研究这种现象的唯一实验室。“

这项研究发表在4月5日的“自然”杂志上。

二十多年来,研究人员一直在寻找证据来支持一个理论,即成千上万的黑洞围绕大型星系中心的超大质量黑洞(SMBHs)周围。

图3:具有 i C /的X射线源的银河中心的钱德拉2-8-keV图像。 ≥100重叠。热(HR2> 0.3)和非热(HR2< 0.3) sources are indicated with red and cyan circles, respectively. The colour scale indicates the number of 2–8-keV counts per pixel. The inner and outer yellow circles delineate the 0.2 pc < <i>r</i> < 1 pc region around Sgr A*. The inner region was excluded from the analysis. The magenta ellipse (7.8 pc × 3.9 pc, full-width at half-maximum) bounds the region of spatially unresolved hard X-ray emission that was discovered by NuSTAR and is due to thermal emission from intermediate polars. The non-thermal sources cluster inside the inner parsec, whereas the thermal sources are distributed more uniformly throughout the hard X-ray emission. The Galactic plane runs along the semi-major axis of the ellipse. The dearth of sources to the north of the Galactic plane is due to strong extinction from molecular clouds (such as the circumnuclear disk), which densely populate that region. This may reduce the estimated number of sources by a factor of a few. Some bright sources without circles are X-ray transients, including the outbursting neutron-star low-mass X-ray binary AX J1745−2901 in the lower right corner. For reference, Chandra’s angular resolution is 0.5 arcsec, which corresponds to about 0.025 pc at the Galactic Centre. Nature volume 556, pages 70–73 (05 April 2018) doi:10.1038/nature25029

“整个星系中只有约五十个已知的黑洞 - 十万光年 - 在一个只有六光年的地区里,这些东西应该有一万到两万颗,这是没有人能够找到的,” Hailey说,并补充说,对Sgr A *附近的黑洞进行了大量无果的搜索,这是最接近地球的SMBH,因此最容易研究。 “没有太多可信的证据。”

他解释说,Sgr A *周围是气体和尘埃的光环,为大质量恒星的诞生提供了完美的温床,这些恒星生活,死亡并可能变成黑洞。此外,来自晕轮外部的黑洞被认为属于SMBH的影响,因为它们失去能量,导致它们被拉到SMBH附近,在那里它们被它的力量俘获。

虽然大多数被困黑洞仍然是孤立的,但有些捕获并绑定到一颗正在流逝的恒星,形成了一个恒星二元组。研究人员认为,这些孤立和交配的黑洞在银河中心密集集中,形成一个密度尖点,随着距离SMBH的减少而变得更加拥挤。

过去,试图找到这种尖端证据的失败尝试集中在寻找当黑洞与伴星相配时发生的明亮的X射线辉光。

“这是寻找黑洞的一种显而易见的方式,”Hailey说,“但银河中心距离地球太远,这些爆发只有足够强大和明亮,足以每100到1000年才能看到一次。”要检测然后,Hailey和他的同事们意识到,当二进制器处于非活动状态时,他们需要寻找初始键合后发射的较暗但更稳定的X射线。

Hailey说:“如果黑洞二进制文件像中子星二进制文件那样经常发出大爆发,那么这很容易,但它们不会,所以我们不得不想出另一种方式来寻找它们。” “孤立的,未统一的黑洞只是黑色 - 他们什么都不做。所以寻找孤立的黑洞也不是找到它们的明智之举。但是,当黑洞与低质量恒星交配时,婚姻会发出X射线阵阵,这些阵阵较弱,但一致且可检测。如果我们可以找到与低质量恒星相连的黑洞,并且我们知道黑洞的哪一部分会与低质量恒星相匹配,那么我们可以科学地推断出那些孤立的黑洞的数量。“

Hailey和同事们转向钱德拉X射线天文台的档案数据来测试他们的技术。他们搜索了处于非活动状态的黑洞低质量二进制文件的X射线特征,并在Sgr A *的三光年内找到了12个。研究人员随后分析了已确定的二元系统的特性和空间分布,并从他们的观测中推断,在Sgr A *周围区域必须有300到500个黑洞低质量二进制数和约10,000个孤立的黑洞。

“这一发现证实了一个重要理论,其含义很多,”Hailey说。 “它将大大推进引力波研究,因为了解典型星系中心的黑洞数量可以帮助更好地预测引力波事件可能与它们有多少关联。所有天体物理学家需要的信息都在银河系的中心。“

Hailey在论文中的合着者包括:哥伦比亚大学的Kaya Mori,Michael E. Berkowitz和Benjamin J. Hord; Franz E. Bauer,Astrofísica研究所,Facultad deFísica,Pontificia,智利天主教大学,千年天体物理学研究所,VicuñaMackenna和空间科学研究所;和哈佛 - 史密松天体物理中心的Jaesub Hong。

出版物:Charles J. Hailey等人,“银河系中央解析中的静态X射线二进制的密度尖端”,自然卷556,第70-73页(2018年4月5日)doi:10.1038 / nature25029

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