美國國家航空航天局的韋伯發(fā)現(xiàn)了可能的“直接坍塌”黑洞 _美國

據(jù)美國國家航空航天局：隨著美國國家航空航天局詹姆斯·韋伯太空望遠(yuǎn)鏡的數(shù)據(jù)公開，研究人員在其檔案中尋找被忽視的宇宙奇觀。在檢查COSMOS網(wǎng)絡(luò)調(diào)查的圖像時，耶魯大學(xué)的Pieter van Dokkum和哥本哈根大學(xué)的Gabriel Brammer這兩名研究人員發(fā)現(xiàn)了一個不尋常的物體，他們稱之為無限星系。
它顯示了一個非常不尋常的形狀，由兩個非常緊湊的紅色原子核組成，每個原子核都被一個環(huán)包圍，使其具有無限符號的形狀。該團隊認(rèn)為，它是由兩個盤狀星系的正面碰撞形成的。后續(xù)觀測表明，無限星系擁有一個活躍的超大質(zhì)量黑洞。非常不尋常的是，黑洞位于兩個原子核之間，在廣闊的氣體中。該團隊提出，黑洞是通過氣體云的直接坍縮形成的，這一過程可能解釋了韋伯在早期宇宙中發(fā)現(xiàn)的一些質(zhì)量驚人的黑洞。

無限星系是兩個螺旋星系碰撞的結(jié)果，由兩個恒星環(huán)組成（在右上角和左下角被視為橢圓形）。螺旋星系的兩個核在環(huán)內(nèi)以黃色表示。在兩個星系之間被剝奪電子的發(fā)光氫呈現(xiàn)綠色。天文學(xué)家已經(jīng)探測到一個100萬太陽質(zhì)量的黑洞，它似乎嵌入了這一大片電離氣體中。他們認(rèn)為，黑洞可能是通過一種稱為直接坍縮的過程在那里形成的。這張來自美國國家航空航天局詹姆斯·韋伯太空望遠(yuǎn)鏡的NIRCam（近紅外相機）的圖像表示0.9微米的光為藍(lán)色（F090W），1.15和1.5微米為綠色（F115W+F150W），2.0微米為紅色（F200W）。來源：美國國家航空航天局、歐洲航天局、加拿大航天局、STScI、P.van Dokkum（耶魯大學(xué)）
在這里， Pieter van Dokkum是一篇同行評審論文的主要作者，該論文描述了他們的初步發(fā)現(xiàn)和后續(xù)韋伯觀測的首席研究員，他解釋了為什么這個物體可能是形成黑洞的新方法的最佳證據(jù) 。
“這個星系的一切都很不尋常。它不僅看起來很奇怪，而且還有一個超大質(zhì)量黑洞，它正在吸入大量物質(zhì) 。最令人驚訝的是，這個黑洞不在兩個核中的任何一個核內(nèi) ，而是在中間。我們問自己：我們?nèi)绾卫斫膺@一點？”？
“發(fā)現(xiàn)一個不在大質(zhì)量星系核心的黑洞本身就很不尋常，但更不尋常的是它是如何到達(dá)那里的。它可能不僅僅到達(dá)那里，而是在那里形成的。而且是最近。換句話說，我們認(rèn)為我們正在見證一個超大質(zhì)量黑洞的誕生——這是以前從未見過的。
“超大質(zhì)量黑洞是如何形成的是一個長期存在的問題。有兩種主要理論，稱為‘輕種子’和‘重種子’ 。在輕種子理論中，你從恒星核心坍縮、恒星爆炸成超新星時形成的小黑洞開始。這可能會導(dǎo)致一個重達(dá)約1000個太陽的黑洞。你在一個小空間里形成了很多黑洞，隨著時間的推移，它們會合并成一個質(zhì)量大得多的黑洞。問題是，合并過程需要時間，韋伯在宇宙的早期就發(fā)現(xiàn)了質(zhì)量大得令人難以置信的黑洞——對于這個過程來說，解釋它們可能還為時過早。” 。
“第二種可能性是重種子理論，其中一個更大的黑洞，可能是我們太陽質(zhì)量的一百萬倍，直接由一個大型氣體云的坍縮形成。你會立即形成一個巨大的黑洞，所以速度要快得多。然而，從氣體云中形成黑洞的問題是，氣體云在坍縮時喜歡形成恒星，而不是黑洞，所以你必須找到一些方法來防止這種情況。目前尚不清楚這種直接坍縮過程在實踐中是否可行。
“通過查看無限星系的數(shù)據(jù)，我們認(rèn)為我們已經(jīng)拼湊出一個故事，說明這是如何發(fā)生的。兩個盤狀星系碰撞，形成了我們看到的恒星的環(huán)形結(jié)構(gòu) 。在碰撞過程中，這兩個星系內(nèi)的氣體會沖擊和壓縮。這種壓縮可能只足以形成一個密集的結(jié) ，然后坍縮成一個黑洞。
“這方面有相當(dāng)多的間接證據(jù) 。我們觀察到超大質(zhì)量黑洞周圍有大量電離氣體，特別是被剝奪電子的氫氣，就在兩個核之間的中間。我們也知道黑洞正在活躍地增長——我們在NASA錢德拉X射線天文臺的X射線和超大陣列的無線電中看到了這一點的證據(jù) 。然而，問題是，它是在那里形成的嗎？”？

這張來自美國國家航空航天局詹姆斯·韋伯太空望遠(yuǎn)鏡NIRCam的無限星系圖像與來自甚大陣列射電望遠(yuǎn)鏡的數(shù)據(jù)等高線圖重疊。無線電發(fā)射的中心精確點與星系兩個核之間紅外線中檢測到的發(fā)光氣體的中心完美對齊。對超大質(zhì)量黑洞無線電發(fā)射的探測為研究人員提供了有關(guān)該物體能量的信息，特別是它如何吸引周圍物質(zhì)的信息。來源：美國國家航空航天局、歐洲航天局、加拿大航天局、STScI、VLA、P.van Dokkum（耶魯大學(xué)）
“我想到了另外兩種可能性。首先，它可能是一個從星系中彈出的失控黑洞，恰好穿過。其次，它可能在天空中同一位置的第三個星系的中心是一個黑洞。如果它在第三個銀河系中，我們預(yù)計會看到周圍的星系，除非它是一個微弱的矮星系。然而，矮星系并不傾向于擁有巨大的黑洞。
“如果黑洞是失控的，或者它位于一個無關(guān)的星系中，我們預(yù)計它的速度與無限星系中的氣體有很大不同。我們意識到這將是我們的測試——測量氣體的速度和黑洞的速度，并進(jìn)行比較。如果速度接近，可能在每秒30英里（每秒50公里）以內(nèi)，那么很難說黑洞不是由這種氣體形成的。
“我們申請并獲得了主任的自由裁量時間，與韋布一起跟蹤這一目標(biāo)，我們的初步結(jié)果令人興奮。首先，兩個核之間電離氣體的擴展分布得到了證實。其次，黑洞漂亮地位于周圍氣體速度分布的中間——就像它在那里形成時所預(yù)期的那樣。這是我們追求的關(guān)鍵結(jié)果！”！
“第三，作為一個意外的收獲，事實證明兩個星系核都有一個活動的超大質(zhì)量黑洞。因此，這個系統(tǒng)有三個已確認(rèn)的活動黑洞：兩個星系原子核中的兩個非常大的黑洞，以及它們之間可能在那里形成的一個黑洞。
“我們不能肯定地說我們發(fā)現(xiàn)了一個直接坍縮的黑洞。但我們可以說，這些新數(shù)據(jù)加強了我們看到一個新生黑洞的證據(jù)，同時消除了一些相互矛盾的解釋。我們將繼續(xù)仔細(xì)研究這些數(shù)據(jù)并調(diào)查這些可能性。”
關(guān)于作者
Pieter van Dokkum是耶魯大學(xué)天文學(xué)和物理學(xué)教授。他是一篇關(guān)于無限星系的論文的主要作者，該論文已被《天體物理學(xué)雜志快報》接受發(fā)表，也是韋伯主任自主項目9327的首席研究員。
編者按：這篇文章重點介紹了同行評審的結(jié)果和韋伯科學(xué)正在進(jìn)行的數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)尚未經(jīng)過同行評審過程。