一场伽马射线暴,揭发隐藏在宇宙中的罕见中等质量黑洞

作为黑洞演化缺失的关键,发现一个中等质量黑洞会比发现超大质量黑洞还更让科学家兴奋,而最近一个澳洲团队便在分析伽马射线暴闪光时,间接观测到光芒被半路的中等质量黑洞以重力透镜效应扭曲了路径。

在外太空,目前只有2种黑洞广为人知,一种是大质量恒星爆炸后本地坍缩形成的恒星黑洞,质量通常为太阳的3~10倍;另一种则是位于星系中心的超大质量黑洞,质量达数百万~数十亿倍。

大家都看得出10倍与数10亿倍之间的差距,但我们尚不了解超大质量黑洞如何随时间流逝增长得如此巨大,目前理论认为它应该通过吞食周边物质缓慢增长,也就是说,宇宙中应该存在介于恒星黑洞与超大质量黑洞之间的中等质量黑洞(IMBH),质量约太阳100~100,000倍,如果说恒星黑洞是幼年,超大质量黑洞是成年,那么中等质量黑洞就是少年。

天文学家估计过银河系附近应该有约46,000个中等质量黑洞,然而搜索至今,中等质量黑洞竟意外成为缺失的一环,四处都找不到它们。

2019年5月21日,LIGO与Virgo接收到来自70亿光年外的重力波信号GW190521,计算出来自质量分别为太阳66倍和85倍的双黑洞整合,且最终融合成太阳142倍的中等质量黑洞,是第一次通过重力波掌握中等黑洞证据。

不过若比起科学家这次利用伽马射线暴GRB 950830发现的新中等质量黑洞,GW190521就是小巫见大巫了。

伽马射线暴GRB 950830是来自一对整合恒星发出的高能闪光,当澳洲墨尔本大学与OzGrav研究机构团队在分析GRB 950830信号时却观察到明显“回声”:由于途中经过一个大质量物体,重力透镜效应使光的路径弯曲,导致天文学家看到2次相同的伽马射线暴闪光。

计算结果表明这物体是一个质量为太阳55,000倍的中等质量黑洞,研究人员指出,广义来讲有3种可能性能形成这黑洞,一种是两两小黑洞不断整合而成,第二种是一个恒星黑洞靠自己经年累月的吸积物质而成,第三种为它可能是宇宙中最古老的黑洞类型,即形成于第一批恒星和星系出现之前的原初黑洞(primordial black hole)。

借由这个新的中等质量黑洞候选对象,科学家可以更加精算宇宙中同类型物体总数。新论文发布在《自然天文学》(Nature Astronomy)期刊。

(首图来源:墨尔本大学)

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