銀心黑洞 有個不死星團?

2024-06-30 01:14:40 最後更新日期:2024-06-30 10:00:48
William Lam

現實中只是個小職員的軍武 / 科普愛好者

Image of the galactic centre. For the interferometric GRAVITY observations the star IRS 16C was used as a reference star, the actual target was the star S2. The position of the centre, which harbours the (invisible) black hole known as Sgr A*,with 4 million solar masses, is marked by the orange cross.銀心兩光年範圍內是銀河系星際活動最激烈的地區,其中繞銀心運轉、軌道直徑不會大於0.25光年區域的40多個恒星,被稱為S星團。這批恒星當中大部分的平均公轉速度都達到光速的1%以上,離銀心點最近那批,在越過近銀心黠時,速度甚至可以接近20%光速。(圖片來自連結)

 

銀河核心區有一堆恒星圍繞著中心黑洞公轉,而且轉速極快,一些天文學家稱其為S星團(因為那裏所有恒星都是以S為編號首字母)。在銀心黑洞影像曝光前,天文學家一直研究這批恒星的空間運動,來對銀心黑洞的引力井進行精確測量。不過當其他天文學家將研究焦點轉移至這些恒星自身時,卻發現他們自己也有奇特的地方。

由模擬電腦動畫所顯示銀心附近S星團的恒星移動情況。雖然超強引力同時也可吸引大量暗物質,但控竟是將附近宙域中的暗物質都吸引過來,還是重力異常區域或黑洞邊緣可製作出特定暗物質,現時尚未有足夠的觀測手段建立模式。 

 

瑞典斯德哥爾摩大學和史丹福大學卡維利粒子天文物理與宇宙學研究所的團隊最近發表一篇預印本論文報告,指出經由赫羅圖及質量分佈來看,S星團的恒星普遍光度都相對其質量而言較明亮,顯示它們普遍都相當年青且年齡頗為「統一」(不超過1500萬年),不過銀心區域的能量相當高,密集氣體不容易聚積環境事實上不太適宜形成恒星,而且銀心十光年內也找不到同樣年份內恒星大量形成的證據。他們初時認為這些恒星可能由銀心附近數百光年內的地方遷移過來,然而問題卻是千多萬年時間其實也未夠時間讓這些「新恒星」轉移和泊入軌道。研究人員估算銀心區域似乎有些特別反應,讓這些星體看來比較「年輕」

2686jWaK中性微子互相湮滅,絕大部分都會轉化成能量,並只留下一些極輕的基本粒子如夸克、輕力和玻色子等。其能量轉換率超過90%,相對於1%的核聚變,效率高了很多倍,因此就算只有很少量中性微子發生湮滅反應,能量也會很可觀。(圖片來自連結)

 

一般而言,星系中的暗物質可能呈橢球形的平均分佈,不過由於暗物質只會和引力有較小的相互作用,星系中心地帶應該會有更多暗物質。其中至少一部分預測中的暗物質(例如中性微子),由於其反物質形態也就是自身,一旦暗物質密度足夠而引發相撞的話,會相互發生湮滅反應並拼發出能量,這種發生能量的機制早前也被應用至宇宙極早期的假想天體「暗星」上。不過如果銀心也吸引了一大堆的話,S星團中那些「近銀心點」不超過300個天文單位的恒星也可能吸收到一部分並積累在重力更強的核心區。結果事情或許就和「暗星」一樣,被吸進恒星裏的暗物質若發生相撞和湮滅反應,也額外加熱了部份恒星的內部,讓他們「看起來」更為年輕,甚至乎如果銀心的暗物質供應量不中斷,這些恒星甚至能有比銀河其他地區同質量恒星更長的壽命。

image 12096e Dark Star宇宙初開時可能出現、以暗物質互相湮滅反應發熱發光的暗星。和暗星不同的是,銀心可能存在的不死恒星,只是有暗物質湮滅反應輔助加熱而已,本質上還是一批正常恒星。天文學家估計這些恒星不單壽命更長不少,且到晚期時形態也會和紅巨星等有差異。(圖片來自連結)

 

由於中性微子暗物質的互相湮滅只放出伽瑪射線/高能光子,且是隱藏在恒星內部,加上銀心又是高輻射區,那一點的伽瑪射線根本很難分辨出來。不過研究小組利用電腦模擬,發現部分較輕的恒星內部有較強的湮滅反應時,這恒星會膨漲起來且外殼有部分會脫離恒星表面,恰巧的是,兩年前有天文學家發表論文,指出銀心附近有4至5個外圍有蓬鬆氣殼的恒星,當時他們還以為這是中心黑洞拉扯恒星的後遺症。

4SMvWPgwyyZWHF3MsoEqc7 1200 80這個 3D 光譜成像資料立體圖像,使研究人員能夠區分G星體和背景發射,並調查他們繞黑洞運行的模型及研究高重力可能對這些東西的影響。有趣的是,由理論模擬得知部分低質量恒星吸收中性微子後,氣殼可能會散開更接近星雲;而根據近十年見到的銀心附近星體數據,的確有四至五顆具蓬鬆氣殼但本體是恒星的東西。(圖片來自連結)

 

事實上,暗物質雖然到現在都無法確認哪是什麼(或者其實是什麼粒子),只知幾乎只和引力存在相互作用,但現在這幾乎已成為近年天文學的顯學,尤其是研究暗物質如何影響早期宇宙演化與大尺度結構上,不過由這篇論文看來,至少部分研究層面,已開始轉向至研究更小尺度層面的影響了。

發佈於 科學新知
By 2024-06-30

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