2019-08-08 00:57:02
ALMA潜入黑洞的势力范围

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黑洞内部发生的事情仍然留在黑洞内部,但黑洞“影响范围”内部发生的事情 - 黑洞重力是主导力量的星系中心区域 - 是天文学家非常感兴趣的,可以帮助确定黑洞的质量及其对银河系邻域的影响。

使用阿塔卡马大毫米/亚毫米阵列(ALMA)的新观测提供了一个前所未有的特写视图,即围绕超大质量黑洞旋转的冷星际气体旋转盘。这个圆盘位于NGC 3258的中心,这是一个距地球约1亿光年的巨大椭圆星系。基于这些观察结果,德克萨斯A&M大学和加州大学欧文分校的天文学家领导的一个小组已经确定,这个黑洞的重量是惊人的22.5亿太阳质量,这是迄今为止用ALMA测量的最大质量的黑洞。

虽然超大质量黑洞的质量可能是太阳的数百万至数十亿倍,但它们只占整个星系质量的一小部分。隔离黑洞重力对银河系中心恒星,星际气体和暗物质的影响具有挑战性,需要对非常小的尺度进行高度敏感的观测。

“在准确确定黑洞的质量时,观察材料的轨道运动尽可能接近黑洞是非常重要的。”德克萨斯A&M大学博士后研究员,本研究的主要作者,出现在天体物理学杂志上的Benjamin Boizelle说。 “这些对NGC 3258的新观察证明了ALMA能够以惊人的细节映射超大质量黑洞周围的气体盘旋转。”

天文学家使用各种方法来测量黑洞质量。在巨大的椭圆星系中,大多数测量来自观测黑洞周围恒星的轨道运动,采用可见光或红外光。另一种技术是使用天然存在的水脉泽(无线电波长激光)在围绕黑洞旋转的气体云中提供更高的精度,但这些脉冲非常罕见,几乎只与具有较小黑洞的螺旋星系相关联。

在过去的几年里,ALMA开创了一种研究巨型椭圆星系中黑洞的新方法。大约10%的椭圆星系在它们的中心包含定期旋转的冷,密集气体盘。这些圆盘含有一氧化碳(CO)气体,可以用毫米波长的射电望远镜观察到。

通过使用CO分子发射的多普勒频移,天文学家可以测量轨道气体云的速度,ALMA可以解决轨道速度最高的星系中心。

“我们的团队已经用ALMA对附近的椭圆星系进行了多年的调查,以发现和研究在巨大的黑洞周围旋转的分子气体盘,”该研究的共同作者,加州大学欧文分校的亚伦巴特说。 “NGC 3258是我们发现的最佳目标,因为我们能够追踪靠近黑洞的磁盘旋转,而不是任何其他星系。”

正如地球围绕太阳运行的速度比冥王星更快,因为它经历了更强的引力,由于黑洞的引力,NGC 3258盘的内部区域比外部部分更快地运行。 ALMA数据显示,磁盘的旋转速度从其外边缘的每小时100万公里,从黑洞大约500光年,到磁盘中心附近超过300万公里,距离仅为65光 - 来自黑洞的年份。

研究人员通过模拟圆盘的旋转来确定黑洞的质量,计算了星系中心区域中恒星的额外质量以及其他细节,例如气态盘略微翘曲的形状。快速旋转的清晰检测使研究人员能够以高于百分之一的精度确定黑洞的质量,尽管他们估计了测量中另外12%的系统不确定性,因为与NGC 3258的距离不是很精确。即使考虑到不确定的距离,这也是银河系外部任何黑洞最精确的质量测量之一。

“接下来的挑战是找到更多像这样的近乎完美的旋转盘的例子,以便我们可以应用这种方法来测量更大的星系样本中的黑洞质量,”Boizelle总结道。 “达到这种精确度的其他ALMA观测将有助于我们更好地了解宇宙时代的星系和黑洞的增长。”

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