恐怖黑洞隐藏神秘半径(图)

2011-07-29 20:19

钱德拉X射线空间望远镜拍摄到NGC 3115中巨型黑洞吞噬气体(NASA)

美国宇航局钱德拉X射线空间望远镜首次清晰地观测到了黑洞周围存在的炙热气体流，并且气体流正在被黑洞吞噬。天文学家通过对该图像的研究，有助于解决现代天体物理学的两个最根本的问题：黑洞是如何演化的以及在黑洞强烈的引力作用下，周围物质所表现出来的行为。钱德拉X射线空间望远镜拍摄到的是NGC 3115星系，距离地球3200万光年，这个黑洞就位于星系中央，之前的观测数据已经表明，在这个黑洞周围存在大量的物质溅落现象，黑洞正在吞噬周围的物质，但是像这张这么清晰的关于黑洞“进食”炙热气体的图像还是首次被拍摄到。

图像中所显示出来的炙热气体范围上的各点与这个超大质量黑洞的距离不同，天文学家观测到了一个临界值，这个临界值可以看成一个引力作用距离，在距离黑洞一定的宇宙空间内，这些气体则在黑洞引力的作用下，落入黑洞中，这个距离也称为“邦迪半径”，即邦迪吸积半径。具体讲的是：如果一个中心天体相对于密度均匀且温度不是非常高的介质，以一定的速率运动，具有一个近似的动能值，这时候的吸积半径就称为邦迪吸积半径。

据本项研究的主要研究员、阿拉巴马大学Ka-Wah Wong研究人员介绍：观测到一个巨大的黑洞正在摄取周围的气体，而且图像是非常清晰的，这是个相当令人兴奋的事情。相关的结果已经发表在《天体物理学快报》期刊上。钱德拉的清晰图像为我们提供了一个独特的机会了解黑洞是如何捕捉周围的物质，这个一个非常好的研究材料。

当位于黑洞周围的气体逐渐落入黑洞时，黑洞强大的引力会将其进行挤压，这样就会使其变得更热更亮，这张X射线图像就能证明这一点。研究人员还发现，星际气体的温度上升的距离大约是位于这个黑洞700光年处，这个位置即邦迪半径，通过这个数据，研究人员计算出了在NGC 3115中心超大质量黑洞具有20亿倍的太阳质量。

钱德拉X射线望远镜的数据还显示，通过对比星系中央靠近黑洞的附近的气体与这个区域内所溢出的气体密度,科学家发现靠近黑洞的气体密度要更大一些，根据这些所观测到的气体属性以及天体物理学的理论，研究团队估计：每年大约有太阳质量2%的气体被这个超大质量的黑洞拉向邦迪半径，进而被黑洞吞噬掉。

然而，关于确认到底有多少吸积气体能量转化为辐射的问题上，科学家希望能找打一个X射线源，这个射线源大约比NGC 3115星系内部的X射线源要高出100万倍。而令科学家诧异的还有：当计算出有这么多星际气体供黑洞进行“进食”，但是在黑洞周围相当大的半径内还是保持如此的暗淡，因为这些气体在呗吞噬的过程中，温度将变高，同时也将有辐射出现。这也是天体物理上的一个较为神秘的问题。可以说这也是研究黑洞问题的一个典范。

对于这个问题，目前至少有两种可能的解释。首先，科学家推测，在邦迪半径内流动的气体要比被黑洞吞噬的气体多得多，也就是说，这个气体都聚集在邦迪半径内，而黑洞的吞噬量较少，至于为什么黑洞会吞噬较少的已经在“嘴边”的气体，那应该和黑洞吞噬的行为问题研究有关。另一种可能是，被吞噬的气体转化成辐射的效率比要比假定的要少得多。

但是，当这些气体逐渐靠近黑洞的时候，理论上有不同的模型可以用于描述这些物质流动的行为，而使用不同模型的预测结果就会导致在计算气体密度上升的问题产生不同的偏差。所以，要精确计算气体密度的上升情况，天文学家就要逐个排除不适合的模型，这就要求在今后的观测中进行筛选。

位于阿拉巴马州亨茨维尔的美国国家航空航天局马歇尔太空飞行中心管理钱德拉望远镜的整个运作过程，而史密森天体物理中心的天文台负责控制钱德拉X射线空间望远镜的科学项目和空间飞行操作。