配资杠杆平台 光线路径的弯曲程度由重力源的强度和距离决定

发现制造“宇宙马蹄”的观测史上最大级别的黑洞，质量相当于360亿个太阳

9月25日(星期四) 11:22发布

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据说很多银河的中心都有非常重的“超大质量黑洞”。 据说特别重的黑洞的质量是太阳的数百亿倍，但由于测量方法的问题，其正确的质量尚不清楚。发现了观测史上最远的超大质量黑洞“UHZ-1”里奥格兰德州联邦大学的Carlos R. Melo-Carneiro等的研究小组调查了带有“宇宙马蹄(漫画软管靴/ Cosmic Horseshoe )”爱称的结构物，作为制造该结构的主体的银河“lrg 3” 结果，黑洞的质量估计约为太阳的363亿倍( 229~562亿倍)。 这是用高精度的方法推算出的最重的黑洞。 根据这次的方法推测高精度的黑洞质量，根据新望远镜的活跃情况，事例有可能会增加。

测量黑洞的重量相当困难

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由哈勃太空望远镜拍摄的被称为“宇宙马蹄”的爱因斯坦环“SDSS J114833.14+193003.2”。 ( Credit: NASA & ESA )

据说在很多银河的中心部，有质量是太阳数百万倍到数百亿倍的“超大质量黑洞”。 如此巨大的黑洞是如何形成的，与银河的形成和进化有何关系……关于超大质量黑洞的谜团有很多，至今仍在进行研究。 超大质量黑洞研究中的一个主要障碍是很难推测正确的质量。 特别是很多位于“最重黑洞排行榜”前列的黑洞，都被认为无法测定正确的质量(另请参照后述的图3 )。 大部分超大质量黑洞的质量，取决于黑洞周边被清除了多少恒星，以及黑洞吸入物质时会释放出来辐射能的强度等间接手段进行推测。 但是，在重力极端强的地方天体和能量的行为，还没有被正确理解。 由于根据物理学的不确定性很强，黑洞的估计质量变得更加不确定。 因此，排名靠前的黑洞是否真的是沉重的黑洞还不确定。 另一方面，如果使用被称为“引力透镜效应”的现象，就可以正确地知道黑洞的质量。 在广义相对论中，重力表现为时空扭曲。 光平时在空间直线前进，但重力引起的时空变形会弯曲光的前进方向。 光线路径的弯曲程度由重力源的强度和距离决定，因此可以通过弯曲程度的逆运算来推测重力源的质量。 例如，如果两个银河沿着观察者的视线重叠，则远侧银河的光会由于近侧银河的重力而弯曲路径。 为了发挥仿佛凸透镜将光聚集在一起的效果，内侧银河的像会扭曲或分裂。 反过来说，通过详细了解像的变形，不仅可以知道重力源天体的质量，还可以知道分布和大小。 通过精密的观测和计算，也可以从银河主体的质量中分离出来推测银河中心的黑洞的质量。 用这种高精度的方法测量出的最重的黑洞是“艾贝尔这是一个超大质量黑洞，位于银河中心，名为1201卡介苗( Abell 1201卡介苗)，估计质量约为太阳的327亿倍。 除此之外，被称为“恒星运动学”的方法也有助于推测黑洞的质量。 黑洞的重力越强，恒星运动速度的上限越高。 这个方法可以相当高精度地推测黑洞的质量。 但是，这种方法仅限于能够进行高分辨率拍摄以分辨恒星运动的附近的银河，几乎没有应用于数十亿光年以外的银河。

在“宇宙马蹄”中发现巨大黑洞！

里奥格兰德苏鲁联邦大学的Carlos R. Melo-Carneiro等研究小组将这一研究方法应用于被称为“宇宙马蹄”的天体。 从地球上看，位于狮子座的该结构是2007年由斯隆数字天空调查( SDSS )发现的，因此是目录名“SDSS j 114833.14 + 193003.2 ( SDSS j 1148 + 1930 )” 我们知道这个宇宙马蹄是至少三个星系的复合结构。 (※)主透镜( primary lens ) :位于宇宙马蹄中央的银河，是引力透镜效果的来源。 它有自己的名字“LRG 3-757”。 估计质量约为太阳的5兆倍。 离地球的距离约为57亿光年。 弧( radial arc ):LRG 3-757重力导致图像扭曲的银河。 它有一个u形结构，是宇宙马蹄的由来。 离地球的距离约为190亿光年。 辐射弧( tangential arc ):LRG 3-757重力导致图像扭曲的另一个星系。 分裂成两个像，一个是靠近的弧，另一个是远离的位置。 离地球的距离约为171亿光年。 ※…离地球的距离全部用“共动距离”(考虑到光行进的宇宙空间因宇宙的膨胀而延长的距离)来表示。 用于计算距离的哈勃常数等物理常数基于原论文的内容。 最具特点的是包围中心光线的u形结构的切弧，看起来像马的马蹄铁，这就是宇宙马蹄这一爱称的由来。 这个u形结构是由于引力透镜效应，银河的像扭曲成了环或接近环的形状。 这种环圈或接近环圈的结构被称为“爱因斯坦环”。 众所周知，宇宙中的马蹄是发现时外观大小最大的爱因斯坦环。 但是这次的主角是不显眼的雕像——辐射弧和位于中心部的LRG 3-757。 辐射弧分裂为紧邻重力源LRG 3-757的部分和远离重力源的部分。 这种结构不仅受LRG 3-757主体的影响，还受位于其中心的黑洞的重力影响较大，因此对黑洞质量的推测有很大影响。

Melo-Carneiro等人说:“哈勃太空望远镜”的摄影图像，根据通常的计算和理论模型模拟试验进行了估算，估算了重力源的质量。 此外，利用搭载在“超大型望远镜VLT”上的观测装置“muse ( multi unit spectroscopic explorer )”进行了追加观测，观测了位于LRG 3-757的恒星的运动速度。 这次的观测显示恒星的运动速度平均达到了366±6km/s。 考虑到LRG 3-757位于距离地球约57亿光年的位置，该观测精度令人震惊。 Melo-Carneiro等人根据对辐射弧图像的分析和LRG 3-757恒星的运动速度，推算出位于LRG 3-757中心的黑洞的质量约为太阳的363亿倍。 这是艾贝尔超过1201卡介苗的记录，是用高精度的方法测量出来的最大的黑洞。 另外，黑洞相对于LRG 3-757主体的质量大小也比其他银河大很多。 以太阳约363亿倍的质量计算，黑洞的直径(事态的地平面的直径)约为2150亿km。 如果在太阳系里，冥王星距离太阳最远(约74亿公里)的14倍以上的范围，将会被纳入黑洞之中。

巨大黑洞的发现会变得不少见吗？

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推测较重的黑洞( BH )列表。 位于排行榜前列的大部分黑洞，其推测方法的由来有很大的不确定性。 ( Credit :彩惠)

这次的研究结果在能够正确测量不活跃活动的远方黑洞的质量这一点上很重要。 由于银河中心的黑洞大多没有活动，所以很多时候以辐射强度为基础的精度不高，甚至连推测都没有。 特别是，此次观测到的类似LRG 3-757的银河，其周边的银河全部合并，不会再发生变化，被认为处于银河和黑洞的进化的最终阶段。 数以百亿倍于太阳的超大质量黑洞被认为是由银河之间的合体形成的。 到达这个进化阶段的黑洞没有吸入物质重新开始活动的希望。 因此，这次的研究在推测了至今为止无法推测的黑洞的质量这一点上具有深远的意义。 而且，在LRG 3-757中发现的黑洞记录可能会意外地马上被更新。 例如，刚开始观测的宇宙望远镜“欧几里得”被认为在今后5年中将发现数十万个引力透镜效应产生的像。 另外，正在建设中的“欧洲超大型望远镜( E-ELT )”有望高精度地测量众多银河恒星的运动速度。 由于新望远镜的活跃，宇宙中有巨大的黑洞咕噜咕噜地滚动着吧。 参考文献来源Carlos R Melo-Carneiro， et al .“unveiling a36 billion solar mass black hole at the centre of the cosmic horseshoe gravitational lens”. ( monthly notices of the royal al ) cal Society ) Sam tonk in & Robert massive black hole ever discovered ' is detected.( royal astronomical society )

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