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罕见4个类星体齐聚:活跃黑洞彼此接近

2015年05月26日09:16   新浪科技 微博    收藏本文     
图片显示的是4个类星体(箭头所指)齐聚的区域,这是极其罕见的太空景象。这些类星体包裹在一个巨大的星云中,可以看到蓝色薄雾状的冷却密集气体。该星云的跨度达到一百万光年,其内部天体发出的光线需要经过100亿年的时间才能被地球的望远镜探测到。这张假彩色图片是基于10米口径凯克望远镜的观测结果合成的。该望远镜位于美国夏威夷州莫纳克亚山的顶峰。 图片显示的是4个类星体(箭头所指)齐聚的区域,这是极其罕见的太空景象。这些类星体包裹在一个巨大的星云中,可以看到蓝色薄雾状的冷却密集气体。该星云的跨度达到一百万光年,其内部天体发出的光线需要经过100亿年的时间才能被地球的望远镜探测到。这张假彩色图片是基于10米口径凯克望远镜的观测结果合成的。该望远镜位于美国夏威夷州莫纳克亚山的顶峰。

新浪科技讯 北京时间5月26日消息,据国外媒体报道,借助位于夏威夷的凯克天文台,马克斯·普朗克天文研究所的天文学家于近日第一次发现了4个类星体齐聚的场景,这4个活跃的黑洞彼此距离非常接近。该研究团队由天文学家约瑟·汉纳威(Joseph Hennawi)领导。据介绍,这4个类星体位于遥远宇宙空间的一个超大质量结构中,环绕其周围的是一个巨大的由冷却密集气体组成的星云。由于这种现象出现的概率只有千万分之一,宇宙学家或许需要重新考虑类星体演化的模型,以及超大质量结构如何形成的问题。有关的研究结果发表在2015515日的《科学》(Science)杂志上。

类 星体是星系演化中的一小段插曲,其能量来自星系中心超大质量黑洞吞噬物质的过程。在这一阶段,类星体是宇宙中最为明亮的天体,能发出比宿主星系明亮数百倍 的光,这些星系本身就拥有数以千亿记的恒星。不过,在星系的整个寿命中,如此明亮的类星体只是短短一瞬,因而天文学家需要非常幸运才能捕捉到它们的踪影。 也正是如此,类星体在宇宙中极其罕见,而且通常彼此之间相距数十亿光年。研究者估计,发现4个类星体齐聚的概率约为千万分之一。那么,天文学家为什么就能如此幸运呢?

我们可以从这4个类星体所处环境的特殊性质来寻找线索。在4个类星体周围,是一团巨大的由冷却密集氢气组成的星云,由于受到类星体的照射,这些气体也会发出光线。除此之外,这4个类星体及其周围的星云都位于宇宙中一处罕见的角落,里面具有非常大量的物质。凯克天文台首席研究员、加州大学圣克鲁斯分校的J. Xavier Prochaska教授说:“在这样的距离,那一区域存在的星系数量比我们预计的多了数百倍。”

由于具有如此数目巨大的星系,这样的系统也被称为星系团。不过,由于从这一星系团发出的光线经过了100亿年才到达地球,因此天文学家获得的图片显示的是100亿年前的景象,即宇宙大爆炸之后不到40亿年的时间。从这一角度,可以说天文学家观测到了今天的星系团在起源时的场景,这种星系团可以称为古-星系团(proto-cluster)。

将所有不同寻常的因素拼合起来,研究者试图了解发现这一罕见现象的原因。汉纳威说:“如果你发现了一些根据现有科学知识非常不可能出现的东西,你会得出这样的结论:或者你只是非常非常幸运,或者你还需要修正你的理论。”

研究人员推测,在特殊的环境中,一些物理过程可能会导致类星体活动更容易出现。一个可能的原因是,在星系碰撞或融合的时候,大量气体会随着剧烈的碰撞进入星系中心的黑洞,从而触发类星体的活动。类似这样的碰撞在星系数量极大的星系团中更可能发生。

参与该研究的博士研究生、马克斯·普朗克天文研究所的Fabrizio Arrigoni-Battaia说:“大规模的星云发射是谜题的重要组成部分,因为这意味着极大数量冷却密集气体的存在。”

只有在存在气体可供吞噬的情况下,超大质量黑洞才能以类星体的形式发光;而当处于一个气体丰富的环境中时,类星体就能获得充足的能量来源。

另一方面,基于目前对宇宙中超大质量结构形成的理论,古-星 系团中巨大星云的出现完全出乎天文学家的预料。“我们目前的宇宙结构形成模型基于超级计算机模拟的结果,预测了早期宇宙中大质量结构应该充满稀薄的气体, 温度大约为一千万度,而此次发现的这一巨大星云的密度增加了数千倍,温度也降低了数千倍,”曾经在凯克天文台主持过成像观测研究、目前任职于苏黎世联邦理 工学院的Sebastiano Cantalupo说,“这真是一次非常神奇的发现,就如同发现Slug星云的那个晚上,当时我们正在寻找受到类星体照射的巨大的莱曼-阿尔法星云。那也是我在凯克天文台的第一个夜晚,毫无疑问也是我经历过的最激动人心的夜晚。”

汉纳威说:“极其罕见的事件具有颠覆长期盛行理论的力量。”4个类星体齐聚的首次发现,或许将迫使宇宙学家重新考虑有关类星体演化,以及宇宙超大质量结构形成的模型。

凯克天文台拥有世界上成果最丰富的望远镜。两座口径10米的光学近红外线望远镜--凯克望远镜--仅次于西班牙口径10.4米的加那利大型望远镜。凯克望远镜还安装了一系列先进的仪器,包括成像器、多物体摄谱仪、高解析度摄谱仪、积分视场光谱仪和世界领先的激光引导恒星自适应光学系统。(任天)

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文章关键词: 黑洞星云类星体星系

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