(轉貼)計算巨大黑洞質量的新方法

千豬~

你要如何估計宇宙中最大黑洞的質量？現今天文學家們利用NASA的錢卓拉X射線望遠鏡的資料，建立一個全新且獨立的技巧來估計。

藉由測量 NGC 4649 這個巨大的橢圓星系中心熾熱氣體的溫度峰值，科學家們得以探測該星系中心的超大質量黑洞的質量。這個方法雖是第一次應用，但得到與傳統方法估計得到的質量相吻合。


NGC 4649 由錢卓拉與哈伯拍攝的合成影像。影像版權：X-ray: NASA/CXC/Univ. of California Irvine/P.Humphrey et al. Optical: NASA/STScI


天文學家們努力尋找其他不同，且獨立的方法來精確地測量超大質量黑洞的質量，也就是那些質量在太陽數十億倍以上的黑洞質量。截至今日，最常使用的方法是藉由測觀黑洞附近恆星及氣體的運動方式，來推測黑洞的質量。

「這是一個非常重要的工作，因為黑洞是一種難以理解的奇妙天體，而目前只有少數的方法可以精確地測量其質量。」領導這個研究的加州大學爾灣分校的 Philip Humphrey 如此說。「令人欣慰的是，這兩種差異甚大的方法所測量出來的巨大黑洞質量結果竟是如此接近。」

NGC 4649 是少數可以用兩種不同方法測量中心的質量的星系之一。此外，這個透過X光觀測的新方法確認了 NGC 4649 中的黑洞是鄰近宇宙中最巨大的黑洞之一，其質量約為太陽質量的34億倍，這也大約是我們銀河系中心黑洞質量的一千倍左右。

這個利用重力對星系中心的黑洞附近氣體所造成的影響來測量黑洞質量的新方法有極大的優勢。當氣體緩慢地流向黑洞時，它們會變得較緊密且溫度會增加。這使得在最接近星系中心的氣體所擁有的溫度達到一個極大質。而中心的黑洞質量越大者，錢卓拉太空望遠鏡所偵測到的氣體溫度極大值也就越高。

這個效應是由論文的兩位共同作者：義大利 Bologna 大學的 Fabrizio Brighenti 以及加州大學 Santa Cruz 分校的 William Mathews 在十年前所預測到的，然而這次是第一次實際應用在觀測上。

「找到我們所預期的巨大質量黑洞所造成的效應是一件令人振奮的消息。」Brighenti 說。「看到我們的新方法能到與傳統方法所測得的黑洞質量得到相同的結果，我們都興奮得發抖。」

NGC 4649 中的黑洞並不是處於快速地吸收物質進入事件地平面並產生大量射線的狀態。因此要想知道黑洞的質量必須透過間接地測量黑洞對恆星或週圍氣體的影響。這個新方法對這種黑洞特別合適。

「像這種巨大質量黑洞都位於非常遙遠，非常早期的宇宙中，並不是處在鄰近的空間。」 Humphrey說「因此，我們沒辦法等到附近的星系存在這種不起眼的黑洞時再來應用我們的新方法。」

這個結果將會刊登於新的天文物理期刊中。位於阿拉巴馬州的NASA 的馬歇爾太空中心是負責控制錢卓拉太空望遠鏡程式的機構。而位於麻州的史密松天文中心則是負責錢卓拉望遠鏡的科學控制及飛行部份。

在 http://chandra.harvard.edu 這個網站可以看到更多資訊及影像。