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推断:银河系将与另一星系合并

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发表于 2007-05-31 18:55 | 显示全部楼层 |阅读模式

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推断:银河系将与另一星系合并
 发布时间: 2007-05-31 10:33 北京科技报

美国科学家观测到两个相互吞并的黑洞

星星被黑洞“吃掉”的场面
    只需观察研究黑洞吞并邻近恒星时产生的热气旋转圆盘,即可测量黑洞质量。上周科学家公布了这一新方法。
    天文学家认为观察到的黑洞合并现象预示了银河系的命运———
    黑洞是宇宙中最为奇特的物理现象之一。科学家普遍认为,星系中心存在着黑洞,而且会随着星系的相撞而合并。但是,这种现象却很少被天文学家所观测到。

    美国科学家们表示,他们最近利用望远镜成功地观测到了两个超大质量的黑洞,更让人惊讶的是,这两个黑洞正在相互吞并,预计整个过程将耗时1000万年到1亿年的时间。
    天文学家告诉记者,黑洞合并的现象预示着我们身处的银河系的命运,同时将有助于检验爱因斯坦的广义相对论。
  两个超大质量黑洞相互吞并,过程将持续1000万到1亿年
    这两个超大质量的黑洞处于两个碰撞星系的中心处,距离地球约4亿光年远,它们的外围环绕着一圈星星和云状“恒星育婴室”———这是诞生早期恒星的温床。
    科学家们曾经运用种种工作在不同波长的望远镜对这两个黑洞所在的星系NGC6240进行过详尽的观察研究。在哈勃空间望远镜拍摄到的图象中,我们通过可见光就能看到这两个碰撞星系的外部,以及由单颗星星、气体和尘埃组成的长长的潮汐尾。
    科学家们预计,这两个黑洞相互吞并的整个过程将持续1000万到1亿年。
  黑洞普遍存在于星系中央,星系合并引起黑洞合并
    科学家们认为,黑洞的合并离不开它们所在星系的合并。“人们普遍认为,大多数的星系中央有一个超大质量的黑洞。”中国科学院上海天文台研究员沈志强介绍说。
    星系合并是星系形成的主要方式之一。这就类似于像两块蜡熔化凝成一块蜡,两个小星系会合并形成一个较大的星系,或者说一小团气体和星星在某个混乱的星系碰撞中会逐渐发展形成一个小型星系。
    在星系合并时,星系中心的超大质量黑洞也开始合并。如果在星系中含有少量气体,则星系合并的可能性将取决于星系的结构;但是如果含有大量气体的两个星系发生碰撞,那么随之而来的就是超大质量黑洞的合并———因为两个星系合并时,会形成一个中心有两个超大质量黑洞的星系,这两个黑洞会围着它们共同的质心绕转,越转越近,最终两者撞在一起,合而为一。
    据沈志强介绍,早在上个世纪七八十年代,就有观测表明星系间的并合可能是频繁发生的。
    而当1994年,科学家们发现我们的卫星星系———围着银河系绕转的人马座矮椭圆星系———正在被银河系逐渐撕裂和吞噬之后,星系间的合并被认为是大星系演化中十分常见的现象。
  黑洞合并预示银河系命运,银河系将与巨旋涡星系发生合并碰撞
    沈志强认为,类似的命运也会发生在我们身处的银河系身上,银河系的中央也被认为有一个超大质量的黑洞存在。
    早在2005年,由沈志强领导的国际天文研究小组发现了支持“银河系中心存在超大质量黑洞”观点的最令人信服的证据。这一研究成果刊登在了当年11月3日出版的英国《自然》杂志上。
    今年3月13日,美国宇航局对外公布,借助几台大型望远镜的天际搜寻,天文学家们首次在银河系中全景式地观测到了1000多个超大质量黑洞。这些黑洞的质量要比太阳大几亿到几十亿倍,位于银河系中心区域的牧夫星座,距离地球大约60亿至110亿光年。
    沈志强告诉记者,从某种程度上讲,天文学家目前观测到的这两个相互吞并的黑洞预示着我们身处的银河系的命运。“研究表明,40亿年后,银河系将与我们邻近的仙女座中的巨旋涡星系M31发生类似的合并碰撞,成为一个更大的椭圆星系。”

然而,黑洞合并的整个过程是非常漫长的,需几百万年到几亿年时间。因此,天文学家根本无法完整地观测到黑洞的这种合并到底是如何发生的。
    黑洞合并有助于验证爱因斯坦的广义相对论

    沈志强介绍说,对黑洞合并现象的观测,可以用来探测引力波,进而检验爱因斯坦的广义相对论。
    根据爱因斯坦的理论,人类生活在一个充满引力波的宇宙之中,那是一种跟电磁波一样的波动,黑洞和高密度星体的运动就会产生改变时空的引力波。同时,电荷被加速时会发出电磁辐射,而有质量的物体被加速时就会发出引力辐射。因此,对引力波的探测可以进一步验证广义相对论的正确性。
    “合并形成的黑洞的超大质量,相当于几亿到几十亿个太阳质量,其发出的引力波辐射将会很强。这被认为是找寻引力波的最佳候选。”沈志强说,该类现象对于研究星系中央黑洞的生长,及星系中的恒星形成等都将非常有用。
    例如,它可以用来解释为什么星系中心的恒星密度不够高,因为在星系合并的过程中,原来靠近星系中心的恒星可能被挤走了,才导致我们没有在星系中心看到很高的恒星密度。
    名词解释
    黑洞
    在宇宙中有那么一些点,它们的体积趋向于零而密度却无穷之大。它们具有强大的吸引力,物体只要进入离它们一定距离的范围内,就会被这个强大的引力吸收,甚至连光线也不例外,而进入这个范围的物体都无法再逃出来。
    没有任何信号能够从这个范围内传出。因此,这个范围的界限被称作视界,里面的情形人类无法看到。科学家们给它起了个名字叫“黑洞”。
    那么,黑洞是怎样形成的呢?其实,黑洞很可能是由恒星演化而来的。当一颗恒星衰老时,它的热核反应已经耗尽了中心的燃料———氢,由中心产生的能量已经不多了。这样,它再也没有足够的力量来承担起外壳巨大的重量。所以,在外壳的重压之下,核心开始坍缩,直到最后形成体积小、密度大的星体,重新有能力与压力平衡。
    质量小一些的恒星主要演化成白矮星,质量比较大的恒星则有可能形成中子星。而根据科学家的计算,中子星的总质量不能大于三倍太阳的质量。如果超过了这个值,那么将再没有什么力能与自身重力相抗衡了,从而引发另一次大坍缩。
    这次,根据科学家的猜想,物质将不可阻挡地向着中心点进军,直至成为一个体积趋于零、密度趋向无限大的“点”。而当它的半径一旦收缩到一特定值(天文学上叫“史瓦西半径”)时,巨大的引力就使得即使光也无法向外射出,从而切断了恒星与外界的一切联系———“黑洞”诞生了。
    延伸阅读
    星系合并
    中国科学院上海天文台研究员沈志强认为,随着观测技术的提高,特别是分辩本领的显著提高,人们可以观测到越来越多的具有两个核的正发生相互作用的星系。
    据介绍,有观测证据表明,在过去20亿年的时间里,我们近邻的宇宙空间中有超过一半的大星系都与另外一个星系进行过碰撞和合并。在碰撞初期,它们是明显间隔开的两个星系,随后彼此相互靠拢,再后来就合并成为一个星系。不过,星系中仍然会残留着相互作用的残骸。
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