 在這幅圖中，一個超大質量黑洞發射出一束高能粒子。鳴謝:美國宇航局/JPL加州理工學院 （神秘的地球uux.cn）據科羅拉多大學博爾德分校（丹尼爾·斯特蘭）：在銀河係中心附近坐落著一個巨大的天體，天文學家稱之為人馬座A*。這個“超大質量”黑洞可能與我們的星係同步增長，而且它並不孤單。科學家懷疑類似的龐然大物潛伏在宇宙中幾乎所有大型星係的中心。 科羅拉多大學博爾德分校天體物理學和行星科學係的博士後研究員約瑟夫·西蒙說，有些可能會變得非常大。 “我們星係中心的黑洞是太陽質量的數百萬倍，但我們也看到了其他我們認為是太陽質量數十億倍的黑洞，”他說。 這位天體物理學家致力於研究這些難以觀測的物體的行為。在最近的一項研究中，他利用計算機模擬或“模型”來預測宇宙中最大的超大質量黑洞的質量——這是一個被稱為黑洞質量函數的數學概念。 換句話說，西蒙試圖確定，如果你能把這些黑洞一個一個放在一個巨大的尺度上，你會發現什麽。 他的計算表明，數十億年前，黑洞的平均體積可能比科學家們曾經懷疑的要大得多。這些發現可能有助於研究人員揭開一個更大的謎團，闡明在人馬座A*等天體從小黑洞成長為今天的巨型天體的過程中，形成這些天體的力量。 西蒙說:“我們開始從各種不同的來源看到，從很早的時候開始，宇宙中就有相當大的物質存在。” 他在5月30日的《天體物理學雜誌快報》上發表了他的發現。 銀河交響曲 對西蒙來說，那些“相當大的東西”是他的麵包和黃油。 這位天體物理學家是第二個研究項目的一部分，該項目名為北美納赫茲引力波天文台(NANOGrav)。通過這個項目，西蒙和美國和加拿大的數百名其他科學家花了15年時間尋找一種被稱為“引力波背景”的現象這個概念指的是引力波的穩定流動，或空間和時間中的巨大波紋，在宇宙中以近乎恒定的方式波動。 這種宇宙攪動也源於超大質量黑洞。西蒙解釋說，如果兩個星係在太空中相撞，它們的中心黑洞也可能會發生碰撞，甚至合並。它們一圈又一圈地旋轉，然後像管弦樂隊中的兩個鈸一樣砰地撞擊在一起——隻有這種鈸撞擊才會產生引力波，真正扭曲了宇宙的結構。 然而，為了理解引力波背景，科學家首先需要知道宇宙的超大質量黑洞到底有多大。西蒙說，更大的鈸會產生更大的爆炸，產生更大的引力波。 隻有一個問題。 “對於我們自己的星係和附近的星係，我們有非常好的超大質量黑洞的測量方法，”他說。“我們沒有對更遠的星係進行同樣的測量。我們隻需要猜測。” 上升中的黑洞 在他的新研究中，西蒙決定用一種全新的方式來猜測。 首先，他收集了幾十萬個星係的信息，有些已經有幾十億年的曆史了。(光的傳播速度隻能有這麽快，所以當人類觀察更遠的星係時，他們是在回顧過去)。西蒙利用這些信息計算出宇宙中最大星係的近似黑洞質量。然後，他利用計算機模型來模擬這些星係可能產生的引力波背景，目前正在衝刷地球。 西蒙的結果揭示了宇宙中大約40億年前超大質量黑洞的完整大雜燴。他還注意到一些奇怪的事情:數十億年前，遍布宇宙的大型星係似乎比一些先前的研究預測的要多得多。那沒有多大意義。 “人們一直期望你隻能在附近的宇宙中看到這些真正巨大的係統，”西蒙說。"黑洞的成長需要時間." 然而，他的研究增加了越來越多的證據，表明它們可能不像天體物理學家曾經認為的那樣需要那麽多時間。例如，NANOGrav團隊已經看到了類似的跡象，表明數十億年前宇宙中隱藏著巨大的黑洞。 目前，西蒙希望探索更久遠的黑洞的全部範圍——揭示銀河係以及最終我們的太陽係如何形成的線索。 西蒙說:“了解黑洞的質量對一些基礎問題至關重要，如引力波背景，以及星係如何增長和我們的宇宙如何演變。” |
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