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天文新知

互繞的超大質量黑洞檢驗黑洞無毛定律

我們都曉得銀河系中心有一個超大質量黑洞,通常這種黑洞存在於星系的中心,但在35億光年外的太空深處,兩個超大質量黑洞正在跳著宇宙中最極端的軌道舞蹈,多年來人們一直記錄著它們那不規律的死亡螺旋。

如圖說▲小黑洞繞著大黑洞旋轉時進入了吸積盤釋出閃焰(藝術家概念圖)
天文學家透過新的觀測資料,確定了它們在一個名為OJ 287的星系中心相互旋轉,這種特殊的現象,可能有助於我們進一步理解黑洞無毛定理,這一個困擾宇宙學家多年的難題。OJ 287是一個耀變體,變幻多端的活躍星系核,並且有一束射向地球的相對論性噴流,觀測記錄顯示它每隔一段時間就會發出耀眼的輻射,它的核心比大多數星系核的活躍程度還要更加強烈,由於它內部的兩個超大質量黑洞。

光是兩者中較小的一個,便已能為相當可觀的大星系提供能量,其質量是太陽的1.5億倍,相較之下銀河系僅有400萬個太陽質量;較大的一個則是我們目前看過榜上有名的特大質量黑洞,它的質量是太陽的180億倍,這兩個黑洞的互繞週期是12年,並不像我們太陽系中的行星那樣接近圓軌道,而是處於非常扁的橢圓且具有高度進動的軌道上,每隔幾年,較小的黑洞就會擦邊球進入較大那一個的吸積盤,產生強大的閃焰,而且由於其不規則的軌道,這些閃焰的發生時間每次都有所不同,其間可能相隔十年,也可能相隔一年。
如圖說▲OJ 287星系核內的兩個黑洞與太陽系大小比較,兩者相差120倍,大的黑洞甚至可將整個太陽系裝進去。
然而,觀測數據從19世紀末便已開始收集,天文學家多年來的觀測已經逐漸能夠模擬這一軌道並預測了最近兩次閃焰,其中一次發生在2015年12月,但這次的預測相差了將近3個月,而於次年2月觀測到的重力波事件又再一次的替模型做了一次修正,漸漸地,天文學家透過觀測及研究重力波,科學家將修正後的理論建立在OJ 287上,第二次的閃焰則發生在2019年7月31日,也被稱為愛丁頓閃焰。以本次的預測為例,這次的預測時間誤差已縮短至4個小時以內,同時也表示仍然無法用於探知黑洞無毛定律的真假。

這項任務可能必須利用事件視界望遠鏡前所未有的成像能力或是結合全球特長基線干涉陣列以解決這項有無毛的問題,該論文發表在《天文物理期刊通訊》上。(編譯/許晉翊)
資料來源:Science Alert

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