双黑洞驱动的类星体

发布日期: 2015-08-31

天文学家发现类星体Mrk 231的中心引擎是两个互相旋绕的黑洞,这暗示星系合并时双黑洞的普遍性。双黑洞的旋绕使类星体更加活跃并产生巨大能量。

2015年8月31日,天文学家Schmit利用Palomar天文台5m光学望远镜得到的3C273光谱,证认了氢的Balmer线并求出其红移为z=0.158,成为发现类星体的标志性事件,是20世纪60年代天文学的四大发现之一。类星体的显著特点是巨大的本征亮度,它的辐射功率可以是普通星系的成百上千倍,但是类星体又是恒星状的,这表明这样巨大的能量是在非常小的尺度上辐射出来的。

观测发现类星体有着甚至小时量级的光变现象,这说明类星体在比太阳系还小的尺度上可以辐射出比整个银河系还要大一百倍以上的能量。

类星体的基本成分:中心的超大质量黑洞,尘埃环,吸积盘,喷流。图片来源:Robert Antonucci。那么,类星体的能源究竟是什么才能如此巨大?在比太阳系还小的尺度上,通过大量的恒星以核聚变或者超新星爆发等机制无法获得像类星体这样稳定的能量输出。

天文学家迅速提出了大质量黑洞通过吸积气体将引力能转化成电磁波辐射出来这样的机制来解释类星体的能源问题。现在天文学家已经确信类星体距离我们非常遥远,有着巨大的能量释放速率,它的能源来源于遥远星系中心的大质量黑洞通过吸积气体转化成引力能。

最近,天文学家利用哈勃望远镜发现离地球6亿光年的类星体Mrk 231的中心引擎居然是两个互相旋绕的黑洞。

这个发现暗示着,当两个星系合并的时候,两个超大质量的黑洞互相绕着对方转动形成双黑洞的情况是普遍的。双黑洞疯狂地互相旋绕使类星体显得更加的活跃,并产生巨大的能量。根据哈勃望远镜对Mrk 231核心紫外辐射的观测和凯克等望远镜的光学观测数据,科学家发现了极端并令人惊奇的结果。如果类星体中心只有一个黑洞,那么由周围炙热气体形成的吸积盘就会发出大量的紫外辐射。然而,观测显示来自盘中心的紫外辐射突然骤减。

这个特征就为吸积盘上存在着一个巨大的绕中心黑洞旋转的面包圈洞(donut hole)结构提供了有力的观测证据。

根据我们目前对宇宙的认识,星系之间通过合并不断演化、壮大,而双黑洞是星系间合并的自然结果。类星体Mrk 231中央的黑洞估计质量达到1.5亿个太阳,另一个黑洞在400万倍太阳质量。由于它们彼此距离很近,因此轨道周期仅为1.2年。

进一步的研究发现,低质量的次黑洞是和Mrk 231合并的星系的遗迹。寄主星系的不对称性以及年轻的蓝色恒星的长长的潮汐尾,都表明它们近期经历过合并。Mrk 231 (UGC8058)是在大熊星座的Seyfert-1星系,于1969年在搜索强紫外辐射体时被观测到。根据光学光谱的分析,Mrk231有明显的类星体特征。

合并之后,类星体MRK 231所处的星系成为了一个活跃星爆星系,恒星形成率为银河系的100倍,而双黑洞的共同旋绕会发射引力波,损失能量,并不可避免的将在几十万年后碰撞。落入中心的气体也会不断的喂养黑洞,从而触发外流和气体湍流并进一步激发恒星诞生的大爆发。

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