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Jan. 06 2017

黑洞吐「口水球」,不過是行星大小的那種

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  • 黑洞吐「口水球」,不過是行星大小的那種

最新的模擬研究顯示,銀河系核心的超大質量黑洞能將恆星扯碎、拋出殘骸碎片。

這是張X射線的影像,可以看出銀河系中心超大質量黑洞──人馬座A *(Sagittarius A*)的周圍區域相當混亂。PHOTOGRAPH BY NASA

在我們的銀河系中心,有個怪獸般的超大質量黑洞,正往太空深處拋出行星大小的「口水球」,其中可能有些天體正以高速通過地球附近數百光年處。

這個現象聽起來很怪。畢竟我們所熟知的黑洞都是稀哩呼嚕地狼吞虎嚥,而不是扔出東西。但1月4日,哈佛大學生伊甸.葛瑪(Eden Girma),於德州舉行的美國天文學會( American Astronomical Society)年會上,報告他的最新成果。他以電腦模擬研究顯示,銀河系的超大質量黑洞可能正往太空拋出大量四處飄散且高速運行的天體。

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葛瑪這麼說,「這些冰冷碎片是恆星被扯碎的殘骸,可能有上億個這樣的天體充斥在我們的銀河系裡。」

這些像是行星一樣飄散的天體,形成方式相當特別。

大約每隔1萬年左右,就會有一顆恆星太靠近銀河系中心的超大質量黑洞──人馬座A*。一旦恆星離黑洞太近,這顆恆星也將死亡,結束它作為炙熱核熔合爐的一生。黑洞巨大的重力會將恆星扯成細長的義大利麵狀,在銀河系中心附近留下飄散的氣體流。(延伸觀賞 ▶ 飛向宇宙,浩瀚無垠:6個太空酷理論)。

這部分的故事大家應該都很熟悉。但接下來會發生什麼事情?就要換葛瑪和他的指導教授──詹姆斯.吉約雄(James Guillochon)上場了。

他們模擬了50次恆星接近超大質量黑洞後被扯碎的情況,發現這些長條狀的恆星碎屑會重新組合,氣體和塵埃逐漸累積,形成接近行星質量的圓球狀天體。葛瑪表示:「1980年代起,銀河系中心的潮汐瓦解事件開始成為研究主題。但這種過程竟然能形成實體緻密的天體--這個想法倒是很新奇。」

又冷又擠

在他們的模擬實驗裡,從這些恆星殘骸中形成了11,473個質量比海王星還大的天體,有些天體的質量甚至比木星還大上好幾倍。接著黑洞以高速拋出這些氣體球,速度有時甚至可能超過每小時3200萬公里。(延伸閱讀 ▶ 原來黑洞藏在自己的廢氣中)。

在這些剛出生的小行星(planetoid)中,有大約95%會從銀河系裡被拋出,進入星系與星系之間的荒漠地帶。剩下非常小的一部分小行星,仍然受限於人馬座A*的重力桎梏,即使這個可怕的巨獸將它們的原生恆星撕碎,它們仍注定要永無止盡地地繞著它旋轉。

這張想像圖勾勒出銀河系核心的狂亂狀況。我們藉由觀察這個區域中恆星和氣體團的軌道運動,推斷出此處有黑洞存在。ILLUSTRATION COURTESY NASA

而其中有些最小的「口水球」行星,數量僅佔全部的不到百分之一,現在正在銀河系的外圍區域徘徊,或許距離地球還不到六百光年。

如果葛瑪和吉約雄對恆星有多常經過人馬座A*附近被扯碎的推測是正確的,那麼在銀河系裡,可能有數百萬個這種像行星的奇異天體。或許還有更多是從鄰近的星系闖入的,其他星系中心的大質量黑洞把這些天體甩入太空,就像是一場巨大的星系際彈珠台遊戲。

葛瑪表示,「一般來說,這些碎片以極高的速度前進,因此可以完全逃脫星系的重力影響。」這就讓我們不禁想問:有多少在銀河系裡飄盪的恆星碎片,其實是源自於其他星系?

目前我們仍然無法知道,什麼時候會觀測到這樣的天體。這些小行星不像恆星會發出可見光,它們的溫度已經冷卻,得用紅外線望遠鏡才有可能找到。即便我們真的看到這些恆星,可能也還是無法從這些天體的觀測資料,辨別它們究竟是來自銀河系裡的恆星,或是源自其他星系。

然而,葛瑪表示,「如果我們能偵測到這類天體,就有可能詳細研究這些碎片的化學成分,了解它們的起源,甚至可以知道它們是否適合生命生存。」(延伸閱讀 ▶ 我們是否生活在黑洞中?

撰文:Nadia Drake

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