【片名】BBC.Horizon.Supermassive.Black.Holes【译名】BBC.地平线.超大质量黑洞
【年代】2000
【国家】美国
【类别】纪录
【语言】英语
【字幕】中文
【资源类型】DVDRip

过去十年来，天文学家已经确认了一个惊人的事实，超大质量黑洞与它们的寄主星系之间，存在着一个比例关係。黑洞的质量越大，星系球状结构（可能是整个椭圆星系，或者是旋涡星系的中央核球）的质量也就越大。这种M-sigma关係向天文学家透露，星系的演化和它们的超大质量黑洞是紧密联繫在一起的。 直到最近，这种关係还只是被套用在大中型星系之中，天文学家已经发现的超大质量黑洞都位于那些星系的中心。但在2006年6月10日的《天体物理杂誌通讯（Astrophysical Journal Letters）》上即将发表的一篇论文中，劳拉·费拉雷斯（Laura Ferrarese，加拿大赫茨伯格天体物理研究所）和11位同事声称，这个关係可以一直延伸到质量极低的星系中，不过形式上需要进行一些修正。 这个小组研究了100个椭圆星系，它们是哈勃太空望远镜在对室女星系团进行深度巡天时拍摄的，包括了从巨椭圆星繫到矮椭圆星系的各种类型。再结合亚利桑那州基特峰上的几台望远镜所进行的光谱观测，他们发现，几乎只存在于较暗淡星系中的緻密恆星状核心， 它们的质量与其寄主星系遵循着与超大质量黑洞相同的比例关係。他们还发现，位于我们本星系群中的两个低质量星系——三角座中的M33和仙女座大星系的一个伴星系M110（NGC 205）——的核心，也满足同样的关係。这两个星系都没有显示出超大质量黑洞存在的证据。

右图中的纵坐标是中心緻密天体的质量，横坐标是星系球状结构的质量。黑色数据点表示黑洞，红色数据点表示恆星状核心，M110和M33则用特殊的符号标出。从图中可以看到， 它们的质量都满足了同一种比例关係。Source: Laura Ferrarese. 这个结果暗示，所有的星系也许都会形成緻密的中心天体——不是一个超大质量黑洞，就是一个緻密的星团——它们大约包含了星系球状结构质量的0.2%。这个小组推测，緻密的恆星状核心可能是“流产的黑洞”——这个系统中的物质没能一直坍缩成自然界的终级深渊。这个结论还得到了 另一项研究工作的进一步支持，那项研究是由伊莉莎白·韦纳（Elizabeth Wehner）和威廉·哈里斯（William Harris，加拿大麦克马司特大学），还有约恩·罗萨（Joern Rossa，美国太空望远镜科学研究所） 共同完成的。 “我们发现这个结果时相当兴奋，因为我认为，它为星系形成之谜增添了另一份重要的信息，”费拉雷斯说。“緻密核心与超大质量黑洞一样，是星系的一个基本组成部分。解释它们的形成过程，也许可以为星系本身的形成机制提供重要的线索。”

超大质量黑洞 超大质量黑洞是一种黑洞，其质量是10至10万倍的太阳质量。现时一般相信，在所有的星系的银心，包括银河系在内，都会有超大质量黑洞。

比较 超大质量黑洞与其他相对较低质量的黑洞比较下，有一些有趣的区别：

超大质量黑洞的平均密度可以很低，甚至比空气的密度还要低。这是因为史瓦西半径是与其质量成正比，而密度则是与体积成反比。由于球体（如非旋转黑洞的事界）的体积是与半径的立方成正比，而质量差不多以直线增长，体积的增长率则会更大。故此，密度会随黑洞半径的增长而减少。

在事界附近的潮汐力会明显的较弱。由于中央引力奇点距离事界很远，若假想一个太空人向黑洞的中央移动时，他不会感受到明显的潮汐力，直至他到达黑洞的深处。 形成。

超大质量黑洞的形成有几个方法。最明显的是以缓慢的吸积（由恆星的大小开始）来形成。另一个方法涉及气云萎缩成数十万太阳质量以上的相对论星体。该星体会因其核心产生正负电子对所造成的径向扰动而开始出现不稳定状态，并会直接在没有形成超新星的情况下萎缩成黑洞。第三个方法涉及了正在核塌缩的高密度星团，它那负热容会促使核心的分散速度成为相对论速度。最后是在大爆炸的瞬间从外压製造太初黑洞。

形成超大质量黑洞的问题在于如何将足够的物质加入在足够细小的体积内。要做到这个情况，差不多要将物质内所有的角动量移走。向外移走角动量的过程就是限制黑洞膨胀的因素，并会导致形成吸积盘。

根据观测，黑洞的类别有着一些差距。一些从恆星塌缩的黑洞，最多约有10太阳质量。最小的超大质量黑洞约有数十万太阳质量。但却没有在它们之间质量的黑洞。不过，有模型指异常明亮的X射线源有可能是在这个遗失範围的黑洞。 都卜勒效应量度

直接量度围绕邻近星系核心的水迈射的都卜勒效应，只有在中央高物质密度的情况下，才可以发现很快速的克卜勒运动。现时唯一已知可以在细小空间中包含足够物质的是黑洞，或是在天体物理学上很短的时间内将变成黑洞的物体。对于较远的活跃星系，宽谱线的阔度可以用来探测围绕近视界的气体。反射绘图的技术就是利用这些谱线的变化来量度其质量，而黑洞的旋转有可能加速了活跃星系的「引擎」能量。

在很多星系中心的超大质量黑洞被认为是活跃星系（如赛弗特星系及类星体）的「引擎」。马普地外物理研究所及洛杉矶加利福尼亚大学基于欧洲南天文台及凯克天文台的数据，提供了证据指人马座A*就是在银河系中心的超大质量黑洞。根据计算，它可能有260万倍的太阳质量。 银河系以外的超大质量黑洞

于2004年5月，Paolo Padovani及其他天文学家发表他们发现了在银河系以外30个超大质量黑洞。他们的发现令我们知道超大质量黑洞的数量最少是以往所知的两倍。现时相信每一个星系的中央包含一个超大质量黑洞，而它们大部份都处于「不活跃」的状态且吸积不多。相反在球状星团的中央却没有黑洞，不过相信一些如在飞马座的M15及在仙女座星系的Mayall II的中央仍有黑洞，估计质量约有104的太阳质量。 一些星系，如0402+379星系有两个超大质量黑洞，形成一个二元系统。若它们相撞，将会产生强劲的重力波。 超大质量黑洞质量与星系形成

超大质量黑洞的质量与其身处的星系形态有关。这显示了星系球体的质量与超大质量黑洞的质量有着相互的关连。而黑洞的质量亦与星系的分散速度有着更紧密的关连。但是这个关连却未被解开。