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超大質量黑洞爆發強烈活動有多頻繁?



  一項利用錢卓X射線觀測衛星(Chandra X-ray Observatory)資料的研究,希冀找出在過去數十億年間,最大型的超大質量黑洞究竟多常發生爆發,以便瞭解這些黑洞如何成長,未來又將會是什麼模樣。美國華盛頓大學(University of Washington)天文學家Daryl Haggard等人發現:只有約1%質量與我們銀河系相仿的星系會在其最活躍的時期擁有超大質量黑洞。

  絕大部分的星系在其中心都有超大質量黑洞,這些黑洞的質量從數百萬倍到數十億倍太陽質量不等。天文學家對這些超大質量黑洞的性質並未完全老解,但至少已知這些超大質量黑洞的活動從非常安靜到極度活躍都有。比較活躍的超大質量黑洞會吞噬大量氣體而放出能量,成為所謂活躍星系核(active galactic nuclei,AGN);那些即將被吞噬的氣體被加熱到數百萬度高溫而釋放出很強的X射線,因而被錢卓等X射線衛星觀測到。

  超大質量黑洞通常在最活躍的時期,成長得最快,發生爆發的次數也因而最頻繁。而且研究結果顯示:超大質量黑洞的質量,與宿主星系中心區的總質量有關連,顯示超大質量黑洞與宿主星系的成長有強烈相關。因此嘗試估算在任何時間點下、有多少這類活躍的黑洞是很重要的,因為能幫助天文學家瞭解這些黑洞如何在星系中成長,甚至是這些黑洞成長過程中會如何影響其周遭環境,以及如何影響星系本身的成長。

  此研究所用資料是所謂的錢卓多波段計畫(Chandra Multiwavelength Project,ChaMP),這個計畫總共涵蓋了30平方度的天區範圍,是到目前為止所有錢卓計畫中,涵蓋視野最廣的。不止有錢卓的X射線資料,同時還與史隆數位巡天計畫(Sloan Digital Sky Survey,SDSS)的可見光影像結合。到目前為止ChaMP計畫已分析過約100,000個星系,其中約有1,600個星系在X波段相當明亮,可能是AGN活動的信號。

  Haggard等人研究的星系大都散佈在16億光年以上,最遠可達63億光年,除了位在星系團或星系群中的星系之外,也包含那些單獨存在、不在任何星系群中的視野星系(field galaxies)。這是天文學家首度進行鄰近宇宙中的活躍超大質量黑洞普查。結果發現含有AGN的比例與星系質量有關;最大的星系最可能擁有AGN,質量僅約銀河系1/10的星系,擁有AGN的比例僅為前者的1/10。另一研究結果顯示大霹靂之後,星系為AGN的比例逐漸下降;這意味著燃料提供的數量或黑洞這些燃料燃燒機制,會隨時間而改變。第三個研究成果就是:單獨存在的視野星系為AGN的比例,比在密集的星系團中還少,顯示星系的近鄰會影響黑洞的成長。

  Haggard等人表示:無論在視野星場中,還是在星系團中,AGN比例都會隨時間而下降,但下降速率不同。如果在星系團中的AGN比例一開始就比在視野星場中高很多,但是下降速率也比在視野星場中高很多,那麼到某個時期時,星系團中的AGN比例就會與視野星場中相當。這或許可以解釋鄰近宇宙中現有的情況。

  銀河系中心的超大質量黑洞名為人馬座A*(Sagittarius A*,或縮寫為Sgr A*)。雖然過去幾年來,天文學家已經從錢卓和其他太空望遠鏡觀測到一人馬座A*的活動,但活動量都很低。如果銀河系遵從ChaMP研究的趨勢,那麼從現在開始到未來約5000萬年期間,人馬座A*在X射線波段的亮度應該要比現在亮10億倍以上。而且這樣的活動程度在宇宙遙遠的過去應該相當常見。如果人馬座A*真的成為AGN的話,基本上對地球生命並無危害,但在X波段和電波波段的景象應該非常精彩。然而,若有任何靠近銀河中心或在其爆發路徑上的行星,就可能會遭受嚴重的輻射危機。



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