超大质量累洞星系中心的“怪兽”
①日前，美国斯坦福大学的天体物理学家们使用欧洲空天局的XMM-Newton和美国字航局的NuSTAR太空望远镜观察到了一个黑洞背后的光线。这是科学家们第一次直接观察到来自凤洞背后的光。
②黑洞是宇宙中最神秘的天体之一。早在18世纪，英国的宋切尔和法国的拉普拉斯就进行了理论预言∶宇宙中也许存在一种看不见的“暗星”，它的质量与半径之比太大，以至于其表面的追逸速度超过光速，导致它发出的光线无法逃出它的表面。
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①20世纪建立的恒星演化理论告诉我们，宇宙中质量超过25倍太阳质量的大质量恒星在死亡之前会产生剧烈的超新星爆发，其造留物很可能形成质量在几倍到几十倍太阳质量的恒星级黑洞。银河原里有千亿颗恒星，但目前，科学家们在银河系里只找到几十个恒星级黑洞，大批恒星级凤洞还等待我们去发现。而银河系只是星系家族的普通一员，银河系外还存在大量星系，宇宙中黑洞的数量远比我们目前观测到的要多很多。
②那么，有漫有比恒星级黑洞重很多的黑洞它们会出现在什么样的星系中在回答这些问题之前，我们先介绍一下什么是赛弗特星系和类星体。
③1943年，美国天文学家赛弟特注意到有些星系的中心区域特别明亮，他首次拍摄了这些星系核心的光谱，发现光谱中有很强且宽的发射线，完全不同于恒星光谱，这类呈系后来被称为“赛弗特星系”。
④20世纪50年代，雷达探测技术被用于天文学研究，这极大地推动了观测能力的提高。英国剑桥大学的射电天文学家把所发现的几百个宇宙射电源汇编成表，科学家们都在猜测，这些射电源到底是什么天体?在持续的研究中，科学家们发现，一些射电源具有相似的光学性质，他们把这些“奥星射电源”称为类星体。类星体其实位于遥远星系的核心，其光谱与赛弗特星系很类似，只是谱线的红移更大，距离更远，辐射的能量更强。
⑤除了类星体和赛弗特星系等辐射能量巨大的活动星系的中心存在超大质量黑洞外，正常星系的中心是否也存在超大质量黑洞呢1969年，林登贝尔指出一旦类星体中心的黑洞周围没有物质可以被黑洞吸积时，它们就会变成“死亡”的类星体，成为不活跃的正常星系。因此，许多正常星系中心也都会存在质量高达百万到几十亿倍太阳质量的超大质量黑洞。
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①尽管在20世纪60年代科学家就提出正常星系中心存在大质量黑洞，但观测上证实这一点却非常困难，因为需要超高空间分辨率的观测才能给出令人信服的证据。
②利用地面大型光学望远镜，天文学家在20世纪80年代就开始对几个非常近邻的正常星系如M31和M32的中心区域开展了光谱观测，试图得到中心黑洞存在的证据，但鉴于空间分辨率有限，结果有很大不确定性。
③直到1990年哈勃空间望远镜发射后，这一情况才得以显著改善。哈勃望远镜观测能力往往比地面望远镜高上10倍，对近邻星系中心的观测极大地改善了原来地面望远镜的观测结果。
④近20年来，利用计算机控制望远镜镜面形状的自适应光学技术普遍应用于地面大型望远镜的红外波段天文观测中
⑤自1995年以来，利用射电塑远镜干涉的微波脉泽动力学方法通过探测围绕照洞达动的分子气体盘的开普勒运动，并结合干涉技术所具有的毫角秒级超高空间分辨率，科学家可以非常准确地测量一些近邻星系中心的黑洞质量。
⑥对近邻星系中心超大质量黑洞的直接成像是近年来黑洞研究方面取得的最具突破性的进展，2019年4月10日，由世界上200多位天文学家组成的事件视界望远镜（EHT）国际合作团队公布了在2017年4月利用全球8个毫米波望远镜组成的全球EHY甚长基线干涉阵列拍摄的首张黑洞照片，引起举世轰动。
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①虽然动力学方法在近郁星系中心黑洞质量的测量中取得了一定咸果，但由于多种原因并不适用，必须使用其他方法得到其中心黑洞的质量。
②通过一种名为“光谱反响映射”的技术，科学家们利用望远镜从对这些天体的长期光谱监测得到的宽发射线和连续谱强度的光变曲线中得到两者的时间延迟，由此可以得到宽发射线区到中心黑洞的半径，这样就可以仿照测量近邻星系中心黑洞质量的动力学办法通过宽发射线区的半径和速度，得到活动星系袜中心黑洞的质量。
③R~L经验关系也被用于通过红外波段的光谱观测估计一些最逼远类星体中心的黑洞质量。2015年北京大学领导的团队利用中国科学院云南天文台丽江2.4米望远镜发现了宇宙早期发光最亮的类呈体J0100+2802，中心黑洞质量高达120亿倍太阳质量，是宇宙早期质量最大的黑洞。
（选自《光明日报》吴学兵 2022年09月 有删改）
