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美國航空航天局(NASA)發現迄今最大,最古老的黑洞 質量達到太陽的8億倍


科學家發現迄今最大、最古老的黑洞,可能改變目前的天文學理論。

這座黑洞的年齡超過130億年,僅比目前科學家所知道的宇宙年齡年輕6.9億年。或者說,如果將宇宙年齡比喻成100歲的話,這座黑洞有95歲。不僅它的年齡令科學家驚訝,它的質量達到太陽的8億倍,也令科學家找不到合適的解釋。

「這座黑洞僅在宇宙產生後6.9億年,即成長到出乎意料的大。我們所發現的這種現象說明,我們需要修改現在的黑洞形成理論了。」美國航空航天局(NASA)的科學家丹尼爾·斯登(Daniel Stern)說。

據航空航天局12月6日報導,目前科學家感到困惑的是,什麼原因導致這座極為古老的黑洞在很短時間內長得如此巨大。

宇宙為我們的永遠之謎。圖為宇宙星系的分佈為網狀特徵,而不是均勻一致,其原因目前不清楚。(維基百科)

形成原因之謎

該超級黑洞位於一座星系的中心,正在大量吞噬極多的物質,形成一種類星體(quasar)的天文現象。

德國馬普天文研究所(Max Planck Institute for Astronomy)的科學家布萊姆·維尼曼斯(Bram Venemans)說:「類星體是已知天體中最明亮、最遙遠的物體,它對我們了解早期宇宙具有重要意義。」

科學家推測,在無限深遠的太空中,這種最亮、最遙遠的類星體非常罕見,數量可能僅為20~100。

幽深太空中的類星體ULAS J1120+0641 (來源:維基百科公有領域/ESO/UKIDSS/SDSS)
幽深太空中的類星體ULAS J1120+0641 (來源:維基百科公有領域/ESO/UKIDSS/SDSS)

另據天文學網站「太空」(Space)12月6日報導,科學家以前發現的最古老及最遙遠的類星體編號為ULAS J1120+0641,距離地球130.4億光年遠,比宇宙年輕7.5億年。

而目前發現的類星體及其黑洞命名為ULAS J1342+0928,為131億光年遠。該研究負責人、卡內基科學研究所(Carnegie Institution for Science)的天體物理學家愛德華多·巴納多斯(Eduardo Bañados)進一步解釋,發現這種極為古老的超級黑洞對理解宇宙具有非常重要的意義,「我們已經用世界最強大的望遠鏡向那裡聚焦。我們一定會觀察到更驚人的現象。」

在觀測ULAS J1342+0928中,科學家使用的大型設備有智利的巨型麥哲倫望遠鏡(GMT)、亞利桑那州的巨大雙筒望遠鏡及夏威夷的北雙子座望遠鏡(Gemini North)等。

巨型麥哲倫望遠鏡藝術構想圖。(維基百科/Giant Magellan Telescope – GMTO Corporation)

可能改變天文理論

近年來,科學家不斷發現古老的超級黑洞。澳洲科技網站Science Alert 2月份報導,航空航天局的科學家根據極強的伽瑪射線來源,判斷出一些年齡僅比宇宙小14億年的極古老黑洞。

這些極為古老黑洞位於極其古老星系的核心,而且表現出非常活躍的發出射線的特徵,因此科學家將其稱為「耀變體」(Blazars),來描述它們放射密度極高的能量。這些超級黑洞的質量均為太陽的100萬倍以上。

航空航天局戈達得太空飛行中心的天文學家魯拜什‧歐迦(Roopesh Ojha)說:「這些遙遠的耀變體含有目前已知質量最大的黑洞,而它們竟然如此古老。這個現象讓我們重新認識目前的超級黑洞形成理論。」

意大利宇航局達里奧‧加斯帕里尼(Dario Gasparrini)說:「主要問題是,這些巨型黑洞怎麼能在宇宙如此年輕的時期形成呢?我們不知道那些黑洞快速增長的機制。」#

雨幡洞

圖:2015年1月19日澳門市民拍攝到的「雨幡洞」現象。(來源:Choco Cheong)
圖:2015年1月19日澳門市民拍攝到的「雨幡洞」現象。(來源:Choco Cheong)

昨日早上,香港、澳門及珠海市民均看見一個奇特天氣現象:密雲的天空突然出現一個晴空區,有如「天開眼」一樣。究竟是怎樣形成的?

「天開眼」在氣象學上稱為「雨幡洞」(Fallstreak Hole),是指天空中較高的高積雲(Altocumulus)或卷積雲(Cirrocumulus)內出現一個圓形或橢圓形的空隙,並逐漸擴大的現象。根據昨日衛星雲圖,雨幡洞於珠江口附近形成,然後向東北移動橫過香港,因此廣泛地區均可看到這個現象。

香港的高積雲一般出現於8000-20000呎的天空,雲塊細小,輪廓分明。薄雲呈白色,可看見日月輪廓;厚雲則呈灰暗色,無法辨別日月輪廓。高積雲多呈扁圓形、魚鱗片或水波狀,以行、群或波狀整齊排列,通常出現在逆溫層以下。

高積雲主要由水滴組成,雲內有過冷卻水滴(super-cooled droplets),溫度低於0度但仍然維持液態。當空氣出現擾動,例如有飛機經過,由於機身部分位置(例如機翼)氣壓較低,空氣因氣壓下降而膨脹冷卻,在飛行路線上形成冰晶。

當冰晶遇到水滴,冰晶會變大,水滴會變小,稱為冰晶效應,又稱為貝吉龍-芬德生過程(Bergeron-Findeisen Process)。高積雲內的水滴被蒸發,出現空隙。由於冰晶效應是一個連鎖反應,於是空隙的面積越來越大,最後呈圓形或橢圓形。而冰晶最後因體積過大,重量太重而落下融化。

世界各地均會出現雨幡洞,但香港並不常見。另一種在香港較常出現的天氣現象稱為凝結尾跡(contrail),也是由飛機經過產生。當飛機經過潮濕的空氣,引擎排出的微粒及水汽就會凝結,形成長條形的雲帶,又稱為飛機雲。