找寻黑洞的种子

原文标题：The Search for Seeds of Black Holes

作者：Whitney Clavin

原文来自：NASA

Posted: 2014. 3. 26

编译：Melipal

如何才能形成一个质量百万至10亿倍于太阳的特大质量黑洞呢？天文学家并不知道这个问题的答案，不过使用NASA宽视场红外巡天探测器（WISE）进行的一项新研究表明，可能存在孕育黑洞的宇宙种子。这一结果正帮助科学家拼起特大质量黑洞演化的拼图，这样强有力的天体占据着几乎所有星系的核心。

上图是NASA斯必泽空间望远镜拍摄的NGC 4395红外图像。这个矮星系与我们的银河系相比相对较小，后者的质量是前者的将近1000倍。大图与说明文字请点击（图片提供：DSS/NASA/JPL-Caltech）

黑洞的成长不像是播种植物然后浇水那样简单。这样的大质量天体是致密的物质集合，它们是真实的无底洞，任何东西一旦落入就永远无法出来了。它们的大小不一，最小的只是太阳质量的几倍，由爆发的恒星形成。最大的黑暗怪兽质量是太阳的数十亿倍，与它们的宿主星系一起随时间成长，内部深不可测。不过这一过程是如何运作的仍是个谜。

研究者使用WISE在较小的“矮”星系中搜索黑洞，从而来回答这个问题。这些星系还没有经历太多的变化，因此它们与较重的同类相比更为原始纯净。在某些方面，它们与宇宙早期可能存在的星系类别很类似，因此它们让我们可以一窥特大质量黑洞孕育处的情况。

这项新的研究使用了WISE在红外波段获取的全天数据，人们发现了多达数百个矮星系可能潜藏有深埋其中的黑洞。与可见光不同，WISE收集的红外辐射可以穿透尘埃，因此它更适宜寻找富含尘埃的隐匿黑洞。研究者发现，矮星系的黑洞质量可能相当于太阳的大约1000到10000倍，这比对矮星系的预期要大。

弗吉尼亚州费尔法克斯（Fairfax）乔治·梅森（George Mason）大学的索毕塔·萨特亚帕尔（Shobita Satyapal）说：“我们的发现说明，特大质量黑洞原始的种子本身也很重。”萨特亚帕尔是相关论文的第一作者，论文发表在3月的《天体物理学报》杂志上。

来自加州大学洛杉矶分校的WISE首席研究员奈德·怀特（Ned Wright）说：“一眼望去躲过我们的邻近行星系统从WISE的数据中跳跃而出。”

加州帕萨迪那（Pasadena）NASA喷气推进实验室专攻黑洞的天文学家丹尼尔·斯特恩（Daniel Stern）说，这一研究说明了WISE这样全天巡天计划发现最罕见的黑洞的威力：“虽然想要证实矮星系是否也由活跃吸积的黑洞所支配还得进行更多的研究，但这证实WISE的设计工作目标：从大量天体中发现凸显其中的有趣现象。”斯特恩并未参与此项研究。

新的发现挑战着流行的黑洞生长理论，这一理论认为，黑洞是通过星系碰撞而增长的。当我们的宇宙处于青年期的时候，星系更容易彼此碰撞并合。星系的黑洞也可能会并合到一起，积累更多的质量。在这一图景中，特大质量黑洞是经由一系列的星系并合而形成的。

这次人们发现矮星系中的黑洞比预期要大，这说明星系并合并非产生大型黑洞所必需的。矮星系并不具备星系碰撞的历史，但它们的黑洞相对也较大。

相反，特大质量黑洞可能是在宇宙极早期就已经形成了。或者它们是通过吸积周边气体与宿主星系一起协调生长的。

萨特亚帕尔说：“现在我们还不知道星系中心的巨型黑洞的如何形成的。但是在小星系中发现大型黑洞说明，大型黑洞必然是在早期宇宙中通过某种渠道形成的，此时星系彼此碰撞还没有发生。”

论文的其他作者包括来自乔治·梅森大学的N·J·西克里斯特（N. J. Secrest）、W·麦卡尔平（W. McAlpine）以及J·L·罗森伯格（J. L. Rosenberg），加拿大维多利亚大学的S·L·埃利森（S. L. Ellison），以及华盛顿海军实验室的J·费舍尔（J. Fischer）。

在完成主要任务之后，WISE于2011年进入了休眠状态。2013年9月，它又被重新启用，并更名为NEOWISE，被赋予了新任务——帮助NASA辨认出具有潜在威胁性的近地天体。NEOWISE还将确定已知小行星和彗星的性质，以更好地了解其尺度与成分。

加州帕萨迪那的NASA喷气推进实验室为NASA的科学任务理事会管理和操纵着NEOWISE。WISE是在马里兰州格林贝尔特（Greenbelt）NASA戈达德太空飞行中心管理的NASA探索者项目（Explorers Program）框架下竞争选择而出的。科学仪器由犹他州洛根（Logan）的太空动力学实验室（Space Dynamics Laboratory）建造，探测器由科罗拉多州玻尔得（Boulder）的波尔航空航天技术公司（Ball Aerospace & Technologies Corp.）建造。科研运转与数据处理是在帕萨迪那加州理工学院的红外数据处理分析中心完成的。加州理工学院为NASA管理着JPL。

更多关于WISE与NEOWISE的信息请访问http://www.nasa.gov/wise、http://wise.astro.ucla.edu与http://jpl.nasa.gov/wise。

（全文完）