天文新知 > 2011-06-22 黑洞自轉愈來愈快
 
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An artist impression of the jets emerging from a supermassive black hole at the centre of the galaxy PKS 0521-36. Credit: Dana Berry / STScI  英國樸茨茅斯大學(University of Portsmouth)Alejo Martinez-Sansigre和牛津大學(University of Oxford)Steve Rawlings兩位天文學家,綜合電波、可見光和X射線觀測資料後,發現星系中心的巨大黑洞,其自轉速度會愈來愈快。相關論文發表在英國皇家天文學會月刊(Monthly Notices of the Royal Astronomical Society,MNRAS)中。

  有強烈證據顯示每個星系的中心都有個超大質量黑洞(supermassive black hole),質量高達太陽的數百萬倍到數十億倍不等。雖然因為連光也無法逃脫它們超強的重力場,因此無法直接觀察到這些超大質量黑洞,但可間接經由周邊吸積盤中環繞的物質來偵測它們的存在。在落入黑洞之前,這些物質會變得非常熱而放出X射線等輻射,利用太空望遠鏡和地面的電波望遠鏡就可以偵測到這些輻射。

  除了輻射之外,超大質量黑洞也常會在與吸積盤垂直方向產生兩道噴流;雖然形成噴流的機制很複雜,但天文學家相信其中最重要的機制應是超大質量黑洞的自轉。然而,目前關於超大質量黑洞自轉狀況會如何演變的預測理論,許多都互相矛盾,限制了天文學家對超大質量黑洞演化的瞭解。
 
  Martinez-Sansigre和Rawlings兩人將各種黑洞自轉理論模型,與各種波段、各種儀器獲得的觀測資料進行比較,結果發現居然可以解釋絕大部分有噴流的黑洞。他們利用電波觀測資料來找出具有噴流的黑洞,再從其他資料估算它們如何獲得物質(即所謂的「吸積過程」),便可推算出黑洞自轉的速度有多快。此外,他們還發現:過去宇宙大約僅有現在一半年齡的時期,幾乎所有超大質量黑洞的自轉速度都不快;然而到了現在,一部分超大質量黑洞的自轉速度快得嚇人。所以超大質量黑洞的自轉速度平均都比之前還快。這是天文學家首度對於超大質量黑洞自轉速度的演化有了一定的限制條件,且顯示若單憑吞噬物質而成長的超大質量黑洞無法讓自轉速度加快很多,反倒是那些經由星系合併而成長的超大質量黑洞的自轉會加速。

  所以,反過來說,從星系中心超大質量黑洞的自轉速度,天文學家可以了解這些黑洞的形成過程。從Martinez-Sansigre等人的觀測資料,那些質量最大的超大質量黑洞黑洞,絕大部分的自轉速度也比較快些,可能的解釋之一就是它們必定經歷過與質量大約相同的其他黑洞合併的過程。

  這兩位天文學家計畫要在2019年平方公里電波陣列(Square Kilometre Array,SKA)開始正式投入觀測工作後,利用SKA來測試這些黑洞的自轉加速是否是在近期內發生的。理論上來說,黑洞合併會引起時空扭曲而形成所謂的「重力波(gravitational waves)」。而既然宇宙中星系合併的事件相當普遍,那麼應該會有重力波的背景輻射,讓超新星爆炸殘骸中的波霎所發出的電波脈衝時間間隔改變;利用SKA的精密觀測,或許能捕捉到這樣的脈衝改變現象。

資料來源:http://www.ras.org.uk/news-and-press/217-news2011/1973-black-holes-spin-faster-and-faster, 2011.05.23, KLC

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