發表者 asweb 於 2006-01-16 11:59:39

Star Orbiting a Medium Sized Black Hole

http://www.universetoday.com/am/publish/nasa_doomed_blackhole.html

摘要：天文學家已經在星系中心發現質量為數百萬太陽質量或數個太陽質量的黑洞存在證
據；不過沒有發現質量介於100~10000太陽質量的黑洞(中型黑洞)。美國航太總署的錢卓X
射線望遠鏡找到一個最新的證據，顯示中型黑洞的存在：它測量出一個恆星在被黑洞吞噬
前、繞著以中型質量的黑洞為球心的運行軌道。

全文：利用美國航太總署的Rossi X-ray Timing Explorer太空船，科學家已經發現一個
被吞噬前的恆星繞著中心為中型黑洞運行。這個理論上屬於中型的黑洞一直缺乏觀測上的
證據顯示它真的存在，並因此而困惑科學家十多年。

有了這個恆星與其軌道的發現，科學家現在只差一步就可測量中心黑洞的質量並證實它的
存在。恆星的軌道與位置已經符合主要的黑洞形成理論。

愛荷華大學Philip Kaaret教授所帶領的研究團隊在一月六號發佈這個結果。這些結果將
會刊登在一月27號的科學雜誌(Science)。

Kaaret說：「我們注意到這顆恆星是因為它處於一個很特殊的演化階段---結束恆星生命
週期，已經膨脹成紅巨星的階段。除此之外它是一個很平凡的恆星。因為他的氣體溢入黑
洞、使得整個區域亮了起來。我們全靠少許的運氣、絕大部分的堅持而發現這個恆星。」

黑洞是一個很緻密的天體，有很強的重力引力。一旦進入黑洞的引力邊界，連光都不能脫
離。當物質掉入黑洞的方向，並且加熱到很高的溫度時，我們就可以看得到黑洞。光在進
入事件視界(event horizon)前被輻射出來。

我們的星系內充滿了數以百萬計的黑洞，它們的質量約為數倍的太陽質量，是由很重的恆
星演化而來。大部分的星系中心都有一個超大質量黑洞，其質量為106~109 太陽質量並分
布在不超過太陽系大小的區域內。科學家不知道它們是如何形成的，不過應該需要極大量
的太初氣體(primordial gas)。

位於美國航太總署Goddard 太空飛行中心、Rossi Explorer太空船計畫科學家Jean Swank
博士說：「過去的十年裡，經由許多的衛星觀測，已經發現質量為100~10000倍太陽質量
的黑洞存在證據。關於黑洞的質量、它們的形成機制，一直都有爭議。Rossi太空船可以
提供一個新的視野。」

這些被認為是中型的黑洞是所謂的超亮X射線天體，因為它們是很強的X射線源。事實上，
大部分黑洞的質量估計的方式只靠重力，這個重力的強度全靠所看到的亮度。

Kaaret的研究團隊(包括Cornelia Lang 教授、Melanie Simet教授及一位大學生)所作的
觀測可以直接帶入公式，計算黑洞的質量。直接利用牛頓力學，如果已知質量較小的物體
的軌道週期和運行速度，便可以推得較大物體的質量。

Simet說：「我們發現X射線強度時強時弱，其週期為62天，很有可能是因為黑洞的伴星運
行的關係。由於伴星位於佈滿星際灰塵的地方，如果利用可見光、紅外線觀測望遠鏡，它
的速度將會很難測量。然而，單是知道它的週期就夠具有啟發性了。」

這個被認為是中型質量的黑洞，名字為M82-X1，是一個異常明亮的X射線源，位於一個包
含一百萬個恆星、大小為100光年的星團中。有理論提出，如果一大群恆星在很短的一段
時間內、在很緻密的地方發生碰撞，會產生一個質量很大的恆星，它會演化成一個質量為
1000倍太陽質量的黑洞。位於M82-X1附近的星團密度很大，足以產生這樣的黑洞。沒有一
個正常的伴星可以使M82-X1產生這麼大的亮度。不過因為週期為62天，這個伴星的密度一
定很小。這剛好符合之前所提出的，一個膨脹地紅巨星持續溢散氣體，提供物質給中心的
黑洞M82-X1。

Kaaret說：「藉由發現這個運行軌道，我們現在對中型黑洞的雙星系統理論更為一致。黑
洞是在超級星團裡形成，這個黑洞會抓到一個演化成紅巨星的伴星。由於紅巨星在膨脹時
可以提供物質給中心的黑洞，形成我們所看到的強X射線。」(中文翻譯：湯雅雯)