发现类星体暗物质晕?
编译:Alex


  类星体是一些致密而且明亮的星系级天体,形成于早期的宇宙。类星体辐射出的能量十分惊人,一些甚至可以超过上千个普通星系。大部分天文学家认为,这些类星体寄主星系中心可能存在有超过十亿太阳质量的超大质量黑洞,而能量惊人的辐射就来源于其周围的气体被黑洞所吸积。而观测证据表明,包括我们银河系在内,至少有两个星系中心拥有超大质量黑洞,而很多天文学家们倾向认为这可推而广之到许多星系乃至所有星系上。不过,对于遥远的类星体来说,质量的估计很难进行。

  而且主流理论中有这样一个问题:类星体是很古老的天体,一些的年龄甚至可以追溯到宇宙大爆炸发生还不过十亿年的时间。然而这么段时间好像还不足以使类星体的宿主星系从原初气体和尘埃汇聚形成超大质量黑洞。对这个谜题的解释可能需要求助于神秘的暗物质。

  暗物质也就是“缺失”的质量--天文学家们根据星系中恒星绕转中心运行的速度,可以估算出星系的质量。然而他们发现,星系中发光的星体质量只是星系总质量的一小部分,而星系之中弥散着不可见的暗物质云团,而且整个星系也包围于暗物质云之中。现在,关于这种不可见的暗物质的本质,仍然是众说纷纭。如果假使类星体和它们的宿主星系聚集于达万亿太阳质量的暗物质晕的包围之中,那么它们形成的如此之快就不难解释了。然而,至今为止我们还没有关于这些暗物质晕的直接观测证据。

  在2003年1月23日《自然》杂志上,以色列Tel Aviv大学的Rennan Barkana和位于美国麻省剑桥的哈佛大学的Abraham Loeb撰文认为,他们可能从两颗类星体的光谱中找到了暗物质晕存在的证据;不仅如此,他们还估算了它们的暗物质晕和中央黑洞的大小,并发现这两个宿主星系大概和银河系差不多大小。“这也是首次直接测出一个早期星系的质量。”,Barkana说。

  他们认为,当类星体的黑洞从周围吸积气体时,将会与暗物质晕的边缘碰撞,从而产生激波。碰撞使气体被加热,从而使气体原子离解为带电离子。高速被吸向黑洞的气体会吸收了一部分类星体发出的光;但是当气体被离解后,就变得透明起来。两位研究者预言,在激波边缘的气体突然变为透明后,类星体的光谱将被分为两个高度不同的峰。若没有离解过程,随波长变化光强则应当是平滑的。

       
             [图片说明]:图解这种独特的光谱特征的形成原因。

       
                    [图片说明]:实际光谱和理论比较。

  两个类星体SDSS1122-0229和SDSS1030+0524的光谱很较好的应验了两位的理论模型。通过实际光谱与理论模型的比较,两位研究者确定SDSS1122-0229中有一个四亿六千万太阳质量的中央黑洞处于二万五千亿太阳质量的暗物质晕中;而SDSS1030+0524中则有一个十九亿太阳质量的中央黑洞包围于四万亿太阳质量的暗物质晕中。不过,这仍然是一个较为初步的结果,还有待更多的证据支持。

参考文章:

主要依据:

Nature Science Update: Phillip Ball, Dark matter halos found? Astrophysicists spot solution to puzzle of quasars' quick formation
(www.nature.com/nsu/030120/030120-5.html)

参考:

Robert Roy Britt, Mystery Matter Helped Build First Galaxies, Study Suggests
http://www.space.com/scienceastronomy/quasar_gas_030122.html

图片摘自Nature文章:Barkana, R. & Loeb, A. Spectral signature of cosmological infall of gas around the first quasars. Nature, 421, 341 - 343
(http://www.nature.com/cgi-taf/DynaPage.taf?file=/nature/journal/v421/n6921/abs/nature01330_fs.html)

 
 

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