史上「最大食」黑洞發現 每天吞噬逾 1 個太陽質量

你好大食嗎?但你一定不夠這個新發現的超大質量黑洞大食。最新刊於《自然天文學》的研究指,位於類星體星系 J0529-4351 中心的黑洞,每天基本上吞噬相當於一個太陽的氣體和塵埃,變成一個質量已經相當於 170 億個太陽的黑洞。

由澳洲國立大學天體與天文物理研究學院副教授 Christian Wolf 領導的團隊表示,這是人類迄今發現的「最飢餓」黑洞,其增長速度之快,幾乎已達到其所能積累物質的最大極限。團隊又指,該黑洞可被用於了解超大質量黑洞如何在極端範圍內生長和演化。

超大質量黑洞是指質量為太陽數百萬到數十億倍的黑洞,通常可以在星系中心找到。問題是,學者並不真正知道這些超大質量黑洞是如形成。更小的黑洞,例如只有幾十個太陽質量的,是由大質量恆星死亡時核心的直接塌縮形成的,它們可透過與其他恆星質量黑洞的碰撞而成長。

是次發現的黑洞位於一個巨大並有旋轉的物質團圍繞的類星體星系 J0529-4351 中心,這些物質團圍繞著黑洞旋轉,像水從排水溝裡潺潺流入黑洞一樣。

強烈的摩擦和重力導致這些物質加熱到攝氏數十億甚至數萬億度,在太空中發出明亮的光芒。 天文學家可研究這些不同光譜的光,將其分開以找出黑洞內部的特性。

J0529-4351 是在「宇宙正午 (cosmic noon) 」發現的一顆類星體,距離大爆炸約 15 億年。 這在宇宙歷史的早期階段,其發出的光經歷超過 120 億年才到達地球,這使得其質量達到太陽質量的 17 到190 億倍這個數字難以理解。

然而,黑洞消耗物質的速度可能有助了解其巨大尺寸。團隊計算出,黑洞每年以大約 370 個太陽質量的速度成長,換言之每天落入黑洞的質量稍大於 1 個太陽。

團隊又指,新發現的黑洞質量非常接近稱為愛丁頓極限 (Eddington limit) 的極限。 這是黑洞可以進食的最大穩定速率。黑洞可以短暫地經歷超過極限,但在這樣的速度下,物質開始強烈發光,導致輻射壓力推開黑洞周圍的物質,直到物質脫離黑洞引力範圍。

事實上,許多類星體似乎都擁有接近愛丁頓吸積的黑洞,但 J0529-4351 是人類迄今所見過的最亮、最大食的超大質量黑洞。報告明言:「就光度和可能的增長率而言,J0529-4351 是已知最極端的類星體。」

關於 J0529-4351 ,專家還有很多不了解的地方。其大規模吸積的機制仍然未明,使用智利的阿塔卡馬大型毫米/亞毫米陣列進行仔細觀察,將可揭示氣體如何在星系中移動以及星系如何旋轉,團隊亦希望找其他的遙遠極端類星體。

來源:

Science Alert, The Hungriest Black Hole Ever Found Basically Eats a Whole Sun Every Day

報告:

Wolf, C., Lai, S., Onken, C.A. & et al. (2024). The accretion of a solar mass per day by a 17-billion solar mass black hole. Nat Astron. doi: 10.1038/s41550-024-02195-x

文/AC

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