解码:中等质量黑洞是如何形成的

2024-01-25 16:32IT之家 - 故渊

IT之家 1 月 25 日消息,中等质量黑洞(IMBHs)是一个宇宙谜团,其存在和形成机制都被蒙上了一层神秘的面纱。

近日发表在《皇家天文学会月刊》(MNRAS)上的一篇论文,揭示了神秘的中等质量黑洞(IMBHs)的形成机制。该研究由意大利格兰萨索科学研究所(Gran Sasso Science Institute,GSSI)研究员曼努埃尔・阿尔卡・塞达(Manuel Arca Sedda)领导。

黑洞的分类

黑洞的密度都很高,甚至光也无法逃脱它们的引力,但天文学家根据这些天体的质量,宏观地划分为恒星级、中等质量和超大质量。

恒星级黑洞通常是由一颗质量足够大(即质量至少是太阳的 20 倍)的恒星耗尽燃料,在引力的作用下坍缩到自身内部而形成的:它们代表了最轻的黑洞类型,天文学家对其形成过程已经有了清晰的理论认识。

超大质量型黑洞质量是太阳的数百万或数十亿倍。据信,每个星系的中心都有一个超大质量黑洞。2019 年,借助事件视界望远镜,天文学家首次获得了其中一个超大质量黑洞的直接图像。

难以捉摸的中等质量黑洞

GSSI 研究人员解释说:

中等质量黑洞很难被观测到。目前的观测极限无法让我们判断质量在 1000 至 10000 倍太阳质量之间的中等质量黑洞群体,而且其形成机制方面也让科学家们感到头疼。

探索中等质量黑洞

我们已经建立了新的计算机模型,可以模拟这些神秘天体的形成过程。我们发现,这种 IMBH 可以通过三种因素的复杂组合在星团中形成:比太阳大得多的恒星之间的合并、恒星级黑洞对恒星物质的吸积,以及恒星黑洞之间的合并。

这项研究还假设了中间黑洞诞生后的情况:它们通过复杂的引力相互作用,或由于一种被称为相对论反冲(relativistic recoil)的过程而被甩出自己的星团,从而阻止了它们的进一步生长。

图片描述的是 DRAGON-II 模拟计算出的模拟恒星簇。橙色和黄色圆点代表类太阳恒星,蓝色圆点代表质量为太阳质量 20 到 300 倍的恒星。中心的白色大物体代表一颗质量约为 350 个太阳质量的恒星,它很快就会坍缩形成一个中等质量的黑洞。图片来源:© M. Arca Sedda (GSSI)

视频展示了 DRAGON-II 模拟拍摄的快照放大图,该模拟是对拥有多达 100 万颗恒星的密集星团的建模。橙色和黄色圆点代表类太阳恒星,蓝色圆点代表质量是太阳 20 到 300 倍的恒星。中心的白色大物体代表一颗质量约为 350 个太阳质量的恒星,它很快就会坍缩形成一个中等质量的黑洞。资料来源:M. Arca Sedda (GSSI)

IT之家附上论文参考地址:

  • Manuel Arca Sedda, Albrecht W H Kamlah, Rainer Spurzem, Francesco Paolo Rizzuto, Thorsten Naab, Mirek Giersz, Peter Berczik, The dragon-II simulations – II. Formation mechanisms, mass, and spin of intermediate-mass black holes in star clusters with up to 1 million stars, Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, Volume 526, Issue 1, November 2023, Pages 429–442,

  • https://doi.org/10.1093/mnras/stad2292

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