黑洞迷失在黑暗中 科学家是如何在茫茫星河找到他们的

“是时候找到所有失踪的黑洞了。”

这是两位日本天体物理学家提出的观点,他们写了一篇论文,提议对可能存在于我们银河系的数百万个“孤立黑洞”(IBHs)进行新的搜索。这些黑洞迷失在黑暗中,吸收星际介质中的物质——恒星间漂浮的尘埃和其他物质。但是这个过程是低效的,大量的物质以高速被排入太空。研究人员写道,当这些流出物与周围环境相互作用时,应该会产生人类射电望远镜能够探测到的无线电波。如果天文学家能从星系其他部分的噪音中筛选出这些波,他们也许能发现这些看不见的黑洞。

研究人员在他们的论文中写道:“观察IBHs的一种幼稚的方法是通过它们的x射线辐射。

这是为什么呢?当黑洞从太空中吸走物质时,其边缘的物质会加速并形成所谓的吸积盘。当盘状物旋转到视界(黑洞的不返回点)时,盘状物会与自身发生摩擦,并在这个过程中喷射出x射线。但与超大质量黑洞相比,孤立黑洞体积较小,因此不会以这种方式发射大量x射线。它们的吸积盘中根本没有足够的物质或能量来产生大的x射线信号。过去使用x射线对IBHs的研究也未能得出结论性的结果。

东京大学的Daichi Tsuna和京都大学的Norita Kawanaka在他们的论文中写道:“这些外流可能会使IBHs在其他波长中被检测到。”“流出物可以与周围物质相互作用,在界面上产生强烈的无碰撞冲击。这些冲击可以放大磁场,加速电子,这些电子发出无线电波长的同步辐射。”[关于黑洞的9个奇怪事实]

换句话说,穿过星际介质的流出物应该使电子以产生无线电波的速度运动。

“这篇论文很有意思,”荷兰莱顿大学的天体物理学家西蒙·波特吉斯·兹瓦特(Simon Portegies Zwart)说。他没有参与Tsuna和Kawanaka的研究。波特吉斯·兹瓦特也研究了IBHs的问题,也被称为中等质量黑洞(IMBHs)。

“这将是找到IMBHs的好方法,”波特吉斯·兹瓦特告诉《生活科学》。“我认为,有了LOFAR(荷兰的低频阵列),这样的研究应该已经成为可能,但灵敏度可能会带来问题。”

解释说,IBHs,·波特吉斯·兹瓦特之间被认为是“缺失的环节”黑洞,天文学家可以检测的两种类型:恒星质量的黑洞,可以两个可能100倍太阳的大小,和超大质量黑洞,庞大的野兽住在星系的核心和成千上万倍太阳的大小。

恒星质量的黑洞偶尔可以在有规则恒星的双星系统中探测到,因为双星系统可以产生引力波,伴星可以为大型x射线暴提供燃料。超大质量黑洞的吸积盘释放出的能量如此之大,以至于天文学家可以探测到甚至拍摄到它们。

但是,处于这两种类型之间的IBHs更难检测。太空中有一些天体,天文学家怀疑可能是IBHs,但这些结果尚不确定。但过去的研究,包括波特吉斯·兹瓦特(Portegies Zwart)合著的《皇家天文学会月刊》(Monthly reports of the Royal Astronomical Society) 2017年发表的一篇论文,都表明可能有数百万颗行星隐藏在那里。

Tsuna和Kawanaka写道,对IBHs进行无线电调查的最佳前景可能包括使用平方公里阵列(SKA),这是一种多部件射电望远镜,计划在南非和澳大利亚建造分部。它的无线电波收集面积预计为1平方公里(0.39平方英里)。研究人员估计,至少有30颗IBHs发射出的无线电波,SKA将能够在其计划于2020年进行的第一个概念验证阶段探测到。他们写道,沿着这条路走下去,完整的SKA系统(计划在本世纪20年代中期建成)应该能够探测到多达700颗卫星。

他们写道,SKA不仅应该能够发现来自这些IBHs的无线电波,还应该能够精确地估计到其中许多IBHs的距离。当那一刻到来的时候,所有这些失踪的黑洞终于应该开始显露出来了。