如果天文学家想要了解超大质量黑洞是如何形成的，必须从小黑洞开始。事实上，包括密歇根大学天文学家埃琳娜·加洛在内的一个研究小组已经发现，在银河系附近一个名为NGC 4395的矮星系中心有一个黑洞，比之前认为的要小40倍左右，其研究发现发表在《自然天文学》上。目前，天文学家认为超大质量黑洞位于每个星系的中心，其质量与银河系相当，甚至更大，但对较小星系中的黑洞也很好奇，比如ngc4395。
知道NGC 4395中心黑洞的质量并能够准确地测量它，可以帮助天文学家将这些技术应用于其他黑洞。小星系或矮星系的问题仍然悬而未决：这些星系有黑洞吗？如果有，它们的规模是否和超大质量黑洞一样？回答这些问题可能会帮助我们了解这些巨型黑洞在宇宙初期形成的机制。为了确定NGC黑洞的质量，研究人员使用了混响图。这项技术通过监测黑洞周围的吸积盘释放出的辐射来测量质量，吸积盘是由黑洞引力所聚集的物质质量。
（博科园-图示）美国宇航局斯皮策太空望远镜以红外线捕捉到NGC 4395星系。NGC 4395比银河系小1000倍，包括密歇根大学Elena Gallo在内的一组天文学家已经确定了该中心黑洞的质量。图片：NASA
当辐射从吸积盘向外传播时，它会穿过离黑洞更远的另一片物质云，这片物质云比吸积盘扩散得更广，这个区域被称为宽线区域。当辐射击中宽线区域的气体时，它会使其中的原子发生跃迁。例如，这意味着辐射将电子从氢原子的壳层中撞出，使原子占据了原子中能量更高的能级。辐射过后，原子又恢复到原来的状态。天文学家可以想象这种转变，它看起来像一道闪光。通过测量吸积盘辐射到达宽线区域并引起这些闪光所需的时间，天文学家可以估算出宽线区域离黑洞有多远。
利用这些信息，可以计算出黑洞的质量。这个距离被认为取决于黑洞的质量，黑洞越大，距离就越大，从吸积盘发出的光到达宽线区域的时间也就越长。利用MDM天文台的数据，天文学家计算出，辐射从吸积盘到达宽线区域大约需要83分钟。为了计算黑洞质量，还必须测量宽线区域的固有速度，即区域云在黑洞重力影响下移动的速度。为了做到这一点，科学家用双子座北望远镜上的GMOS光谱仪拍摄了高质量光谱。通过知道这个数字，宽线区域的速度，光速以及所谓的引力常数，或者引力的测量。
天文学家们能够确定黑洞质量大约是太阳质量的10000倍——比之前认为的轻40倍，这也是通过混响映射发现的最小黑洞。就矮星系中心黑洞的性质而言，矮星系这种状态基本上还没有被探索过。甚至不知道是否每个星系都有一个黑洞，这为我们所掌握的黑洞家族增添了一个新成员。这些信息也可以帮助天文学家了解黑洞对星系的形状影响有多大。一个叫做黑洞反馈的领域探索了黑洞如何在比引力应该达到的更大尺度上影响宿主星系的性质。
那些生活在比黑洞引力主导区域大数量级的恒星，甚至不应该知道它们的星系中有一个黑洞，但它们确实知道。黑洞以某种方式塑造了它们生活在非常大尺度上的星系，因为我们对拥有更小黑洞的更小星系了解不多，所以不知道这是不是真的。通过这种测量，可以为这种关系添加更多的信息。这一结果是由密歇根大学天文学与首尔国立大学物理与天文学系合作得出。观测是在夏威夷双子座北天文台和亚利桑那州MDM天文台进行。
博科园｜研究/来自：密歇根大学
参考期刊《自然天文学》
DOI: 10.1038/s41550-019-0790-3
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