WISE發現了大量隱藏天體

siaoneu · 發表於 2012-9-8 05:46:40

美國宇航局的廣域紅外探測器通過兩年的觀測繪製的夜空圖(圖/NASA)

兩年的觀測中，廣域紅外探測器發現一系列類星體候選者以及大量吞噬氣體和塵埃的超大質量黑洞(圖/NASA)

美國宇航局的廣域紅外探測器(WISE)發現數百萬個超大質量黑洞以及大量新星系，其中包括迄今為止發現的亮度最大的星系。這些星系環境極端，放射出紅外線，被稱之為“炙熱的塵埃遮蔽星系”。

宇航局華盛頓總部的WISE項目科學家哈什馬-哈桑表示：“WISE發現了大量隱藏天體。藉助於這架望遠鏡，我們發現了一顆在地球前方移動的小行星，已知溫度最低的類恆星天體，超大質量黑洞以及隱藏在塵埃後面的星系。”

WISE2011年初完成觀測，共對夜空進行兩次完整的紅外掃瞄。這架望遠鏡就像是夜視鏡，共拍攝了數百萬幅夜空照片。WISE任務獲取的所有數據已經對外公布，這些數據將幫助天文學家上演一系列新發現。最新取得的發現幫助天文學家進一步瞭解行星以及中央的超大質量黑洞如何增大和演化。銀河系中央的超大質量黑洞人馬座A*質量是太陽的400萬倍，周期性掀起進食狂潮。由於人馬座A*的巨大吸力，物質墜落這個黑洞，加熱後放射出光線。質量更大的星系中央黑洞質量可達到太陽的10億倍，甚至能夠阻止行星內的恆星形成。

根據一篇研究論文的描述，天文學家利用WISE發現大約250萬個“進食”活躍的超大質量黑洞，與地球之間的距離超過100億光年。由於塵埃遮住它們發出的可見光，這些黑洞中有大約三分之二此前從未被觀測到。不過，由於這些黑洞加熱周圍塵埃並放射出紅外線，WISE能夠輕易發現它們的存在。

在另一篇論文中，研究人員報告稱發現了迄今為止亮度最高的星系。尋找這種星系也是WISE任務的主要目標之一。目前，他們共發現大約1000個候選者。這些星系的亮度可達到太陽的100萬億倍。它們被大量塵埃遮蔽，但所放射出的波長最長的紅外線能夠被WISE捕獲。

在WISE上演這些發現之後，宇航局的斯皮策太空望遠鏡隨後跟進，幫助科學家獲取更多細節。根據觀測發現，這些星系內的超大質量黑洞正瘋狂吞噬氣體和塵埃。此外，星系內也正在形成新恆星。有關明亮塵埃遮蔽星系的研究論文主執筆人、噴氣推進實驗室的WISE項目科學家表示：“這種星系非常罕見，WISE必須對整個夜空進行掃瞄，尋找它們的存在。根據我們發現的證據，這些星系在其大部分恆星出現前就已經形成黑洞。形象地說，就是先有蛋，後有雞。”

此次發現的炙熱塵埃遮蔽星系距地球大約100億光年，其中有超過100個藉助夏威夷莫納克亞山的W.M。凱克天文台，智利的雙子座天文台，聖地亞哥帕洛瑪山的200英寸(約合5.08米)口徑的海爾望遠鏡以及美國亞利桑那州圖森的多鏡面望遠鏡天文台的觀測得到證實。

根據WISE的觀測發現以及加州工學院位於夏威夷莫納克亞山的亞毫米波天文台在更長紅外波長條件下獲取的數據，這些極端星系的溫度是其他發出紅外光的明亮星系的兩倍。一種理論認為，它們的塵埃被超大質量黑洞的活動加熱。

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tigerb · 發表於 2012-9-16 04:07:39

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極亮紅外星系IRAS 19297-0406

研究人員報告稱發現了迄今為止亮度最高的星系。尋找這種星系也是WISE任務的主要目標之一。目前，他們共發現大約1000個候選者。這些星系的亮度可達到太陽的100萬億倍。它們被大量塵埃遮蔽，但所放射出的波長最長的紅外線能夠被WISE捕獲。

亮紅外星系
亮紅外星系（LIRG）是定義特徵在電磁頻譜的遠紅外線上發射出的能量比太陽亮上1011的一種星系。更明亮的天體，在遠紅外線的輻射高於太陽亮度1012倍的就稱為極亮紅外星系（ULIRG）。再明亮的發光系統，在遠紅外線的輻射高於太陽亮度1013倍的就稱為就稱為特亮紅外星系（HLIRG）。大部分的亮紅外星系和極亮紅外星系輻射出的光90%都是紅外線。

多數的亮紅外星系和全部的極亮紅外星系都顯示有新的或持續的交互作用和瓦解的跡象，許多也都是星爆星系，並且有些包含活躍星系核。平均而言，極亮紅外星系每年誕生100顆恆星，相較於我們的銀河系每年只誕生一顆恆星。許多有趣的天文物理現象，包括類星體和橢圓星系的形成，都與亮紅外星系有着關聯。亮紅外星系在本星系群的例子通常與高紅移星系形成相關聯。亮紅外星系似乎都置身於10兆太陽質量暗物質暈的環繞之中。

極亮紅外星系 (ULIRGs)：這些星系通常是有非常多塵埃的天體，因此，紫外線輻射被遮蔽使得恆星的光度變得黯淡，但是在波長100毫米附近以紅外線的形式被吸收和再輻射，這解釋了極亮紅外星系特別紅的原因。雖然不能肯定紫外線輻射純粹都是由恆星形成引起的，並且有些天文學家相信極亮紅外星系提供了活躍星系核(AGN) 的動力（至少是一部分）。X射線的觀測能夠貫穿極亮紅外星系厚重的塵埃，認為許多星暴星系都是雙核心的系統。藉由這樣的支持，由星系合併觸發了星爆，為極亮紅外星系提供了主要動力來源的假說。已經被詳細研究的極亮紅外星系包括阿普 220。

根據觀測發現，這些星系內的超大質量黑洞正瘋狂吞噬氣體和塵埃。此外，星系內也正在形成新恆星。有關明亮塵埃遮蔽星系的研究論文主執筆人、噴氣推進實驗室的WISE項目科學家表示：“這種星系非常罕見，WISE必須對整個夜空進行掃瞄，尋找它們的存在。根據我們發現的證據，這些星系在其大部分恆星出現前就已經形成黑洞。形象地說，就是先有蛋，後有雞。”

恆星的形成和超大質量黑洞
超亮紅外星系的能量來源曾經引發大辯論。星系的紅外線通常來自星際介質中的灰塵，超亮紅外星系值得注意的是有異常明亮的紅外線。在極亮紅外星系的紅外線塵埃輻射量超過太陽的一兆倍以上 (也就是說紅外線亮度是 1012 Lʘ)。天文學家推測，可能不是恆星形成區就是活躍星系核(這包含超大質量黑洞)，可以將產生紅外線的塵埃激烈的加熱，然而一般都認為在大部份的超亮紅外星系這兩者是可能並存的。研究超亮紅外星系的確切性質是困難的，然而，因為在這些星系核心的塵埃遮蔽了可見光和近紅外的星光，並且也因為在理論上已表明星爆星系和活躍星系核是非常的相似。

橢圓星系M87的巨大噴流

活動星系核
活動星系核（active galactic nucleus，縮寫為AGN）是一類中央核區活動性很強的河外星系。人們將它們稱為活躍星系。目前得到廣泛接受的觀點認為，活動星系核由超大質量黑洞和吸積盤構成。依據理論和觀測研究，人們建立了活動星系核標準模型，即中央是一個黑洞，周圍的物質受到引力作用下落，在黑洞周圍形成了吸積盤。由於耗散作用氣體被加熱到很高的溫度，並逐漸下落到黑洞中央，並且形成了沿吸積盤法線方向的噴流。活動星系核的觀測特徵主要依賴於中心黑洞、吸積盤的特徵以及視線方向。

哈柏太空望遠鏡拍攝到在鄰近的NGC 1569（阿普 210）核心區域的星爆活動。

星爆星系
星爆星系：具有巨大的恆星形成區，紅外光度高於可見光光度，大部分為旋渦星系。屬於活動星系，但與活動星系核的關係尚無定論。
星暴星系是在比較星系的恆星形成速率時，其形成速率比大多數的星系都要高出許多的一種星系。通常在兩個星系過度靠近或發生碰撞之際，會有爆發性的恆星形成。在這種星系中，恆星形成的速率是很驚人的，如果要持續這種速率，要供應恆星形成所儲存的氣體，在遠短於星系的動力生命期內就會耗盡。基於這個原因，星爆過程被假設為短暫時期的現象，最出名的星暴星系是M82、NGC 4038/NGC 4039和IC 10。

註:星際物質包括星際氣體和星際塵埃。星際氣體包括氣態的原子、分子、電子、離子等，主要由氫元素組成，其次是氦，其元素丰度與恆星基本一致。星際塵埃是直徑大約為10-5厘米的固體顆粒，包括冰狀物、石墨、硅酸鹽等，彌散在星際氣體當中，質量大約佔星際氣體的10%。
銀河系中的星際物質主要分佈在旋臂中，佔到了銀河系總質量的10%，密度大約為每立方厘米一個氫原子，這種密度其實很低，在人造的真空中都無法達到。

黑洞-吸積盤模型
黑洞-吸積盤模型是得到廣泛承認的活動星系核標準模型。在這個模型中，活動星系核的「中央引擎」是一個超大質量黑洞。在引力的作用下，黑洞周圍的氣體朝黑洞下落。由於具有角動量，物質形成了一個圍繞黑洞的吸積盤。吸積盤中具有耗散作用，氣體會被加熱到很高的溫度，同時不斷損失角動量，逐漸下落到黑洞中央，與此同時釋放出巨大的引力能，以電磁波的形式輻射出來，其中主要是非熱輻射。當黑洞的吸積率很高，遠遠超過星系的其他部分時，就表現為活動星系核。隨着黑洞周圍的物質逐漸耗盡，核心的光度減小，活動星系演化為正常的星系。吸積盤兩端沿法線方向形成高速噴流，這一過程中，磁場扮演了很重要的角色。當噴流的方向與觀測者視線方向夾角很小時，還會觀測到視超光速現象。

根據我們發現的證據，這些星系在其大部分恆星出現前就已經形成黑洞。形象地說，就是先有蛋，後有雞。”

恆星的形成
恆星在星際物質擴張的密度較高的地區內形成，但是那兒的密度仍然低於地球上人造的真空。這樣的地區稱為分子雲，其中的成分絕大部分是氫，大約23%－28%是氦，還有少許的重元素。獵戶座大星雲就是恆星形成區的一個例子。當大質量的恆星在分子雲內形成，它們將照亮那雲氣，也會使氫電離，創造出HII區。

A star-forming region in the Large Magellanic Cloud. NASA/ESA image

原恆星形成
恆星的形成從分子雲內部的重力不穩定開始，通常是因為超新星（大質量恆星爆炸）的沖激波觸發或兩個星系的碰撞（像是星爆星系）。一但某個區域的密度達到或滿足金斯不穩定性的標準，它就會因為自身的重力開始塌縮。分子雲一但開始塌縮，密集的塵土和氣體就會形成一個個我們所知道的包克球，它們可以擁有50倍太陽質量的物質。當小球繼續塌縮時，密度持續增加，重力位能被轉換成熱，並且使溫度上升。當原恆星雲趨近於流體靜力平衡的狀態時，原恆星就在核心形成了。這些主序前星經常都有原恆星盤著，重力收縮的期間至少要經歷一千萬至一千五百萬年。早期恆星質量低於2倍太陽質量的屬於金牛T星，較大的則屬於赫比格Ae/Be星。這些新生的恆星由自轉軸的兩極噴出的噴流，會形成所謂的赫比格-哈羅天體。
註:原恆星是在星際介質中的巨分子雲收縮下出現的天體，是恆星形成過程中的早期階段。

恆星形成是分子雲的高密度區崩潰成為球形的電漿形成恆星的過程。作為天文物理的一個分支，恆星形成的研究包括作為前導的星際物質和巨分子雲，到恆星形成過程，早期型恆星和行星形成則是直接的成果。恆星形成的理論，不僅是一顆單獨恆星的形成，還必須統計聯星和初始質量函數。依據目前的恆星形成理論，分子雲的核心（特別是高密度區）會因為重力不穩定，由片段的碎片開始崩潰（一般稱為自然的恆星形成，參考金斯不穩定性），或是因為來自超新星的衝激波，或是在附近的其他能量充沛的天文學過程觸發分子雲中的恆星形成(一般稱為觸發的恆星形成)。部分的重力能量在崩潰的過程中會以紅外線的形式損失掉，其餘的則會用於增加天體核心的溫度。累積的部份物質將會形成星周盤，當溫度和密度夠高時，氘的核融合將會被引發，並產生向外的壓力，結果將使崩潰減緩(但不會停止)，而由雲氣組合成的物質仍繼續如雨般的落在原恆星上。在這個階段，或許是由落入物質的角動量造成的，將會產生雙極噴流。最後，在核心的氫開始融合成為恆星，這時，還環繞在周圍的物質將開始被驅離。
原恆星的發展在赫羅圖上會遵循林軌跡，原恆星會繼續收縮，直到到達林邊界，然後收縮會以穩定的溫度繼續下去直到凱爾文-赫姆霍爾茲時標。質量低於0.5太陽質量的恆星將進入主序帶，稍重的原恆星，在林軌跡的終點仍將緩慢的塌縮，追隨着亨耶跡，以接近流體靜力平衡。
這種活動形式會使恆星的質量在大約一個太陽質量的附近。高質量的恆星形成過程，也有類似的演化(發展)時程表，但時間會短許多，而且也還未清楚的被定義出來。

超重黑洞的形成
超重黑洞的形成有幾個方法。最明顯的是以緩慢的吸積（由恆星的大小開始）來形成。另一個方法涉及氣雲萎縮成數十萬太陽質量以上的相對論星體。該星體會因其核心產生正負電子對所造成的徑向擾動而開始出現不穩定狀態，並會直接在沒有形成超新星的情況下萎縮成黑洞。第三個方法涉及了正在核塌縮的高密度星團，它那負熱容會促使核心的分散速度成為相對論速度。最後是在大爆炸的瞬間從外壓製造太初黑洞。

註:現時相信每一個星系的中央包含一個超重黑洞，而它們大部份都處於「不活躍」的狀態且吸積不多。相反在球狀星團的中央卻沒有黑洞，不過相信一些如在飛馬座的M15及在仙女座星系的Mayall II的中央仍有黑洞，估計質量約有

的太陽質量。
一些星系，如0402+379星系有兩個超重黑洞，形成一個二元系統。若它們相撞，將會產生強勁的重力波。

超重黑洞質量與星系形成
超重黑洞的質量與其身處的星系形態有關。這顯示了星系球體的質量與超重黑洞的質量有着相互的關連。而黑洞的質量亦與星系的分散速度有着更緊密的關連。但是這個關連卻未被解開。

黑洞的類別有着一些差距。一些從恆星塌縮的黑洞，最多約有10太陽質量。而最小的超重黑洞約有數十萬太陽質量。

黑洞分類方法一：
1.超巨質量黑洞
到目前為止可以在所有已知星系中心發現其蹤跡。
質量據說是太陽的數百萬至100億倍。
迄今所知最大的兩個黑洞，每個質量約為太陽的100億倍。
2.小質量黑洞
質量為太陽質量的10至20倍，即超新星爆炸以後所留下的核心質量是太陽的3至15倍就會形成黑洞。
理論預測，當質量為太陽的40倍以上，可不經超新星爆炸過程而形成黑洞。
3.中型黑洞
推論是由小質量黑洞合併形成，最後則變成超巨質量黑洞
中型黑洞是否真實存在仍然存疑。

分類方法二：根據黑洞本身的物理特性（質量、電荷、角動量）：
1.不旋轉不帶電荷的黑洞。它的時空結構於1916年由史瓦西求出稱史瓦西黑洞。
2.不旋轉帶電黑洞，稱R-N黑洞。時空結構於1916-1918年由Reissner和Nordstrom求出。
3.旋轉不帶電黑洞，稱克爾黑洞。時空結構由克爾於1963年求出。
4.一般黑洞，稱克爾-紐曼黑洞。時空結構於1965年由紐曼求出。

由於超新星爆炸以後只會形成的小質量黑洞，而超重黑洞質量與星系形成這關連卻未被解開，所以在下個人相信恒星誕生和超巨質量黑洞的“先有蛋，後有雞。”的比喻，未必有直接關係。

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