衡量黑洞重量的新方法

一個積極吞食物質的黑洞周圍環繞著一個閃爍的熱氣體和塵埃盤,天文學家發現,監測這些閃爍的變化可以找出一些過去我們很難測量的東西,也就是黑洞的重量。

伊利諾大學香檳分校的天文學家科林·伯克說:「這是一種衡量黑洞重量的新方法。」此外,研究人員在8月13日的《科學》(Science)雜誌上報告所稱,該方法可以用於任何具有吸積盤的天體物理對象,甚至可能有助於發現難以捉摸的中型黑洞。

要測量黑洞的質量並不容易,首先,我們都知道要看到黑洞其實很困難,但有時黑洞會在進食時暴露自己,也就是當氣體和塵埃落入黑洞時,物質會形成一個盤狀,這時的盤狀就會被加熱到一定的溫度,然後比星系中所有恆星的總和還要亮。

只有事件視界望遠鏡(ETH)測量過黑洞

用愛因斯坦的廣義相對論測量黑洞的直徑可以推估質量,但只有事件視界望遠鏡(Event Horizon Telescope,ETH)做過這樣的測量,且到目前為止也只有成功測量到一個黑洞,其他黑洞則是通過觀察它們對周圍物質的影響來衡量,但這需要大量的數據,且不是對每個超大質量黑洞都適用。

為了尋找其他方法,伯克和同事們將目光轉向了黑洞吸積盤上,天文學家不確定黑洞的盤狀物是如何閃爍的,但似乎在一定的時間跨度內,光線的微小變化結合起來會使整個盤狀物整個變亮或變暗,之前的研究就認為圓盤褪色、變亮和再次褪色的時間點與其中心黑洞的質量有關,但伯克認為這些說法是有爭議的,它並沒有涵蓋黑洞質量的全部範圍。

可能需要數年的觀測才能計算出質量

接著伯克和同事們收集了67個已知質量的黑洞觀測數據,這些龐然大物的大小從太陽質量的1萬倍到100億倍不等,以最小的黑洞來看,閃爍的時間從幾小時到星期,而在太陽的1億到100億倍質量之間的超大黑洞的閃爍速度更慢,大約每隔幾百天。

伯克說:「在未來,盤狀閃爍和黑洞質量之間的關係可以告訴天文學家許多資訊,這種方法提供了一種比以往任何技術都更簡單衡量黑洞的方法,但不一定是最快的方法,若是要找到更大的黑洞則需要數百天,甚至可能是數年的觀測才能計算出它們的質量。」

圖片來源:MARK A. GARLICK, SIMONS FOUNDATION

資料來源:Lisa Grossman(2021,AUG 12).Measuring a black hole’s mass isn’t easy. A new technique could change that. Sciencenews

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