中國天文學家發現發現中等質量黑洞候選體

黑洞是愛因斯坦廣義相對論預言的一類獨特的時空結構，在中心存在奇點，它存在一個視界面，進入面內的所有物質包括光都無法逃脫最終落到奇點。目前已知的黑洞可以分為兩大類：第一類質量在幾倍到幾十倍太陽質量之間，稱作恆星級黑洞；另一類質量在幾百萬到幾十億太陽質量之間，稱作超大質量黑洞，位於星系的中心。恆星級黑洞首先由理論預言其存在，是大質量恆星死亡留下的產物，它通過吸積伴星的物質產生明亮的X射線輻射而被觀測到。超大質量黑洞的物理起源並不明確，它最初是為了解釋類星體巨大的能量輸出而被理論家提出，隨後被近鄰星系的恆星動力學測量等觀測證實。不僅如此，人們還發現超大質量黑洞和寄主星系核球的性質緊密相關，強烈暗示著兩者可能是共同演化的。於是，一個自然而然的問題就被提出，是否存在質量介於兩類黑洞之間的中等質量黑洞，即質量位於幾百到幾十萬倍太陽質量的黑洞？這類黑洞可能作為超大質量黑洞的種子，對於我們理解超大質量黑洞的形成與增長有非常重要的意義。

然而，發現中等質量黑洞一直是一個難題，這是因為它們距離比恆星級黑洞更遠，但質量又比超大質量黑洞小，其產生的觀測效應很弱，導致迄今可靠的候選體依然很有限。中國科學技術大學天文系教授王挺貴研究小組採取了多波段交叉認證的方法，在近鄰宇宙成功發現一例極佳的候選體。硏究工作通過美國太空總署的錢德拉X射線天文台（Chandra X-ray Observatory）和歐洲太空總署的XMM-牛頓（X-ray Multi-Mirror Newton）衛星兩個目前最靈敏的X射線衛星在棒旋星系NGC 3319中心發現一個X射線點源，雖然其光度看起來更接近一般的超亮X射線源，但它的位置與哈勃太空望遠鏡的紫外和光學圖像揭示的星系中心位置一致。綜合分析其X-ray、紫外、光學的能譜分佈，發現它與高吸積率的活動星系核高度一致，與超亮X射線源顯著有差別。假設其愛丁頓吸積率（Eddington luminosity）為0.1，黑洞質量只有大約三千太陽質量，這可能是目前發現的星系中心最小的中等質量黑洞。用其他方法（如基本面關係、X射線光變等）估計的黑洞質量也小於十萬倍太陽質量。

該研究顯示，結合當今最高分辨率的X射線和紫外觀測對於發現中等質量黑洞很有效。王挺貴硏究小組發現的目標是目前距離我們最近的幾個候選體之一，有利於後續研究，如通過動力學測量得到更加準確的黑洞質量。NGC 3319是一個無核球的棒旋星系，模擬研究發現，星系棒能有效地驅使氣體內流，形成種子黑洞，該工作發現的中等質量黑洞候選體很可能就代表了這類種子黑洞的獨特形成模式，對於我們全面理解超大質量黑洞的形成之謎有重要啟示。

【圖、文：節錄自中國科學技術大學網頁；新聞訊息由林景明提供】