来自卡迪夫大学科学家领导的一个研究小组表示，使用一项新技术能够以前所未有的细节，放大黑洞这些神秘的宇宙物体，更接近了解超大质量黑洞(SMBH)是如何诞生的。科学家们不确定超大质量黑洞是在宇宙大爆炸后不久的极端条件下形成（这个过程被称为“直接坍塌”），还是在更晚的时候，从大质量恒星死亡所产生的“种子”黑洞中生长出来的。
如果前一种假设是正确的，那么超大质量黑洞从一诞生来就会有极大的质量（比太阳大几十万到几百万倍）并且会有一个固定的最小尺寸。如果后者是正确的，那么超大质量黑洞一开始会相对较小，大约是太阳质量的100倍，随着时间的推移，通过吸食在它们周围的恒星和气体云，超大质量黑洞开始变得更大。天文学家长期以来一直在努力寻找质量最低的超大质量黑洞，这是破译这个问题所需的缺失环节。
在最新的这项研究中，卡迪夫大学领导的研究团队突破了界限，揭示了在银河系附近星系中心观察到质量最低最小的超大质量黑洞之一，质量不到太阳质量的100万倍。超大质量黑洞在一个熟知的“米拉赫幽灵”星系中，因为它靠近一颗非常明亮的恒星“米拉赫”，给了它一个幽灵般的阴影。这一发现是利用阿塔卡马大毫米/亚毫米阵列(ALMA)的一项新技术得出。
阿塔卡马大毫米/亚毫米阵列位于智利安第斯山脉查南多高原高处的最先进望远镜，用于研究来自宇宙中一些最冷物体的光。卡迪夫大学物理与天文学学院的蒂姆·戴维斯博士说：米拉赫幽灵星系中的最低质量超大质量黑洞质量似乎在‘直接坍塌’模型预测的范围内。它目前是活跃的，正在吞噬气体，所以一些更极端的‘直接坍塌’模型只会产生非常大的超大质量黑洞。
探索最小超大质量黑洞
单凭这一点还不足以明确区分‘种子’黑洞图景和‘直接坍塌’之间的区别，需要了解这方面的统计数据，但这是朝着正确方向迈出的一大步。黑洞是在引力坍塌下形成的物体，留下体积微小但密度大的令人难以置信的空间区域，任何东西都无法逃脱，即使是光也不行。超大质量黑洞是最大的黑洞类型，据信，几乎所有的大型星系，如我们的银河系，都有一个位于其中心的超大质量黑洞。
来自Armagh天文台和天文馆的戴维斯博士团队成员马克·萨齐博士说：在非常遥远的星系中也发现了超大质量黑洞，因为它们出现在大爆炸仅数亿年后。这表明至少有一些超大质量黑洞可能在很短的时间内增长了非常大的质量，根据星系形成和演化的模型很难解释这一点。所有黑洞都是在吞噬气体云并扰乱离它们太近的恒星过程中成长，但有些黑洞比其他黑洞更活跃。
因此，在银河系附近星系中寻找质量最小的超大质量黑洞，可以帮助我们揭示超大质量黑洞是如何诞生的。在研究中使用了全新的技术，比以往任何时候都更深入地放大了一个名为NGC404的小星系中心，使天文学家能够观察到环绕其中心的超大质量黑洞漩涡气体云。阿塔卡马大毫米/亚毫米阵列望远镜使研究人员能够分辨出星系中心的气体云，揭示出仅有1.5光年宽的细节。
这张星系气体地图也成为有史以来分辨率最高的地图之一。能够以如此高的分辨率观察这个星系，使得研究小组克服了十年来相互矛盾的结果，并揭示了星系中心超大质量黑洞的真实性质。研究表明，有了这项新技术，可以真正开始探索黑洞等这些神秘物体的性质和起源。如果超大质量黑洞有一个最小质量，目前天文学家还没有找到它，本研究成果发表在《皇家天文学会月刊》上。
博科园｜研究/来自：卡迪夫大学
参考期刊《皇家天文学会月刊》
DOI: 10.1093/mnras/staa1567
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