发现22.5亿倍太阳质量的超大黑洞，银河系中心的人马座A*才431万倍！黑洞内部发生的事情仍然停留在黑洞内部，从外部无法看到，当然也看不到。但是黑洞“影响范围”（星系最深处的区域，黑洞的引力是主导力量）内发生的事情引起了天文学家的极大兴趣，可以帮助确定黑洞质量及其对星系邻居的影响。阿塔卡马大型毫米/亚毫米阵列(ALMA/阿尔玛)新观测结果提供了一个前所未有的近距离观测，观测到一个围绕超大质量黑洞旋转的冷星际气体盘。
这个圆盘位于NGC 3258的中心，这是一个巨大的椭圆星系，距地球约1亿光年。根据这些观测结果，由德克萨斯农工大学和加州大学欧文分校天文学家领导的一个小组确定，这个黑洞质量达惊人的22.5亿倍太阳质量，是阿尔玛迄今测量到的最大黑洞。虽然超大质量黑洞的质量可能是太阳质量的数百万到数十亿倍，但黑洞只占整个星系质量的一小部分。从恒星、星际气体和星系中心暗物质中分离出黑洞引力的影响是一项挑战，需要在非常小的尺度上进行高度敏感观测，德克萨斯农工大学博士后研究员本杰明·博泽尔说：
在准确确定黑洞质量时，观察尽可能靠近黑洞的物质轨道运动至关重要，这些对NGC 3258的新观测结果证明了ALMA在绘制超大质量黑洞周围气态盘旋转细节方面的惊人能力。天文学家使用各种方法来测量黑洞的质量，在巨大的椭圆星系中，大多数测量来自于对黑洞周围恒星轨道运动的观察，这些观测是在可见光或红外光下进行。另一种技术是在环绕黑洞旋转的气体云中，使用自然产生的“无线波长激光器”。提供了更高的精度，但这些无线波长激光器非常罕见，而且几乎只与拥有较小黑洞的螺旋星系有关。
在过去的几年里，阿尔玛开创了一种新的方法来研究巨型椭圆星系中的黑洞。大约10%的椭圆星系中心都有规律地旋转着由稠密的冷气体组成圆盘。这些圆盘含有一氧化碳(CO)气体，可以用毫米波射电望远镜观察到。通过利用一氧化碳分子发射的多普勒频移，天文学家可以测量绕轨道运行的气体云速度，阿尔玛使解决轨道速度最高的星系中心成为可能。研究团队几年来一直在和ALMA一起观测附近的椭圆星系，以发现和研究围绕巨大黑洞旋转的分子气体盘。
NGC 3258是发现的最好目标，因为ALMA能够追踪到比任何其他星系更接近黑洞的圆盘旋转。就像地球绕太阳公转的速度比冥王星快，是因为它经历了更强的引力一样，由于黑洞的引力，NGC 3258的内部区域比外部区域公转速度快。ALMA观测数据显示，该盘的转速从外边缘(距黑洞约500光年)的每小时100万公里，上升到离该盘中心(距黑洞仅65光年)的近300万公里每小时。通过模拟盘的旋转来确定黑洞质量，包括星系中心区域恒星的额外质量和其他细节。
比如气体盘的轻微弯曲形状。对快速旋转的清晰探测使研究人员能够以超过1%的精度确定黑洞质量，尽管由于到NGC 3258的距离并不十分精确，测量中还有12%的系统不确定性。即使考虑到不确定的距离，这也是对银河系外任何黑洞的最精确质量测量之一。下一个挑战是找到更多像这样近乎完美的旋转圆盘，这样就可以用这种方法在更大的星系样本中测量黑洞质量。阿尔玛的进一步观测达到这种精度水平，将有助于更好地理解星系和黑洞在宇宙年龄范围内的增长。
博科园｜研究/来自：国家射电天文观测台
参考期刊《天体物理学》《arXiv》
Cite :arXiv:1906.06267
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