http://www.sciencehuman.com 科学人 网站 2014-11-30
6200万光年外新“天尺”：索伦之眼度量星系
科学家们精确测出星系NGC 4151的距离值为6200万光年，而现在这一测量数值可以被用作测算其他天体距离的量天尺。在这张照片中，超大质量黑洞吞噬气体尘埃物质时发出的剧烈X射线辐射形成了中间蓝色的“眼珠”，而周围的红色环状结构则是氢原子物质。
星系NGC 4151一般被天文学家们称为“索伦之眼”，因为它与指环王中的一个角色眼睛的样子相似。这个星系对于精确测定黑洞的质量非常重要。并且，就如同指环王中的剧情一样，在这种新方法中，“环”的确起着非常关键的作用。
对环形结构的观测动用了红外干涉测量方法。具体来说就是将两台位于夏威夷莫纳克亚山顶的10米口径大型望远镜(如图)相连接，从而达成相当于口径85米望远镜的分辨精度。
当气体物质向着黑洞下落，在此过程中会被加热并发出紫外波段附设，并造成周遭尘埃云的升温。利用地球上的望远镜，科学家们测量了来自黑洞附近以及尘埃云附近光线抵达的时间差，结果为30天。根据这一数值便可以换算出其真实距离值。
新浪科技讯 北京时间11月28日消息，据英国《每日邮报》报道，利用一个被称作“索伦之眼”的遥远星系，天文学家们发展出一种可以精确测量距离数千万光年外星系的新方法。
研究人员对一个编号为NGC 4151的遥远星系进行了精确的距离测定，所采用的方法是将其黑洞周围的尘埃环带实际大小与从地球上观察得到的大小值进行比对。这样换算下来得到的距离值大约为6200万光年。有了这一数据，之后天文学家们便可以将其作为标准“量天尺”，对其他遥远的星系进行度量。
天文学中的主要问题之一便是对广袤空间距离的测量。目前采用最多的方式就是所谓的“标准烛光”——这种方法的核心思想是利用已知亮度的特定类型恒星作为标尺，再根据它们的观测亮度来反推距离。但现在，来自英国南安普顿大学以及丹麦尼尔斯·玻尔研究所的科学家们证明了，我们可以利用超大质量黑洞的一些特性作为标尺，来对遥远的天体距离进行测量。
英国南安普顿大学的塞巴斯蒂安·霍宁格(Sebastian Hoenig)博士建立了一个模型，其原理与地球上开展的陆地调查方法相类似。简单来说，其原理就是测量被观测对象与已知标准“量天尺”之间的物理以及观测大小，从而通过这种方式对距离信息进行校正。
有关这项工作的论文已经在《自然》杂志发表。在这篇文章中，研究组利用这种方法精确测定了距离“较近”的星系NGC 4151 的距离，这一距离此前尚未被精确测出过。
星系NGC 4151一般被天文学家们称为“索伦之眼”，因为它与指环王中的一个角色眼睛的样子相似。这个星系对于精确测定黑洞的质量非常重要。并且，就如同指环王中的剧情一样，在这种新方法中，“环”的确起着非常关键的作用。
宇宙中所有的大型星系中央几乎都存在着超大质量的黑洞，并且其中大约有1/10的情况下，这些黑洞还在通过吞噬周边气体和尘埃物质而不断成长。在这一过程中，高速下落的物质会被加热而发出强光——这就是宇宙中已知最为剧烈高能辐射现象之一：活动星系核(AGN)的成因。另外，下落的物质不会直接直线下坠，而是会在围绕超大质量黑洞形成一个环形结构并在红外波段发出辐射，而这一结构正是这项研究中被科学家们用作标准量天尺的工具。
然而，这一环形结构实在太小，以至于对其进行的观测不得不动用了红外干涉测量方法。具体来说就是将两台位于夏威夷莫纳克亚山顶的10米口径大型望远镜相连接，从而达成相当于口径85米望远镜的分辨精度。
为了测量这一尘埃环结构的物理大小(即真实大小)，研究人员测量了来自靠近黑洞边缘位置上的可见光以及环结构红外辐射之间的时间差。这一时间差代表的是从接近黑洞的环结构边缘出发的光(以光速)传播到环结构外缘(高温尘埃物质分布区)所花费的时间。
通过对比用这种方法得到的环结构真实大小以及通过联合两台凯克望远镜测得的观测大小，研究人员得以推算出其真实距离。对于这一星系，此前的测量数据大约是在1300万~9500万光年之间，但采用这种新方法进行测量，得到的数值是确定的6200万光年左右。
霍宁格博士表示：“一项关键性的成果是，借助这种方法测算得到的距离值是相当精确的，其误差范围小于±10%。”他说：“事实上，如果针对星系NGC 4151的这一测量结果被证明是确凿的，并且也可以推广到其他星系，那么这种方法将有望在精度上击败所有现有的距离测量方法，仅仅借助简单的几何运算方法便可以直接测算出遥远星系的距离值。另外，相比现有最精确的测量方法，这种新方法适用的天体范围也更广。这样精确的距离测量对于限定宇宙常数具有重要意义，而后者则是描述我们所在的宇宙，或精确测算黑洞质量方面至关重要的参数。”
霍宁格博士表示：“在估算黑洞质量方面，星系NGC 4151是重要的校准基准。而我们得到的最精确距离测算结果却显示此前对这些黑洞质量的估算都存在着系统性低估的倾向，低估的程度最高可能达到40%。”
霍宁格博士和其他来自丹麦和日本的同事们目前正在开发一个新的程序，以便进一步扩展他们的工作，并运用这种新方法尝试测算数十个星系的精确距离值，从而能够将其误差范围降低到数个百分点的水平。当与其他测量结果相结合之后，这一成果将会加深我们对于宇宙膨胀历史的理解。(晨风)
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银河中心黑洞巨大气体云：或为双星系统合并
在银河系中心黑洞引力的作用下，G2已经呈拉伸状态。
Andrea Ghez教授及其同事在夏威夷凯克天文台完成观测
黑 洞
新浪科技讯 北京时间24日消息，据国外媒体报道，近日，对一个巨大气体云与银河系中心黑洞的观测，再一次在天文学家中激起了争论。在此之前，这一气体云被认为受到黑洞作用正分崩离析，但新的观点认为，这可能一开始就不是纯粹的气体云。
该研究显示，这团名为“G2”的气体云，实际很可能是两颗正在碰撞、合并的恒星。据观测，G2在与银河系中央的黑洞人马座A*(Sgr A*)最近距离的靠近中幸存了下来。加州大学洛杉矶分校的Andrea Ghez教授认为，如果是气体云的话，就不可能出现这种情况。不过，一些天文学家认为，如果气体云足够紧密的话，也应该可以与数据相吻合。
在某个临界点上，任何东西都逃脱不了黑洞的引力，甚至是光线本身。一个“中等”黑洞的质量相当于1000个太阳，而体积比地球还小。在大多数大型星系(包括银河系)的中央，都存在着巨大的黑洞。
不过，在黑洞以外，是极大的物质漩涡，类似排水口附近的水流。天文学家观测到，G2已经被黑洞的强大引力场牵拉成了线状。预计再过一段时间，G2将有大约一半会被黑洞吞噬，剩余部分则飘散到人马座A*的空间中。
气体云物质的加速将带来大量的X射线喷发，这也是许多人翘首以待的“天空焰火”。通过观察这一现象，天文学家可以更深入地了解银河系的超大黑洞。不过，Andrea Ghez教授认为，G2完全不会受到黑洞的影响，不会出现“太空焰火”。
在夏威夷凯克天文台，研究团队利用大型光学和红外望远镜对G2进行了详细分析，并提出了另一种解释。他们认为，G2最有可能是一个双星系统，环绕着黑洞运行。这两颗恒星互相碰撞，正合并形成一个巨大的恒星，整个过程包裹在大量的气体和尘埃中。
另一些并未参与该研究的学者，如Stefan Gillessen博士，则依然认为原先对G2的解释是成立的。Gillessen博士带领的团队曾观测到这个红色气体云靠近人马座A*，他们的发现发表于2012年的《自然》杂志上。
Gillessen博士就职于德国马普学会地球外物理研究所，他说：“观测结果是很清晰的，我认为：气体是存在的，在径向速度上呈现出美丽的涨落变化。那里还存在尘埃逸出，而这些尘埃显得比较紧密。”
他继续说道：“我个人对新提出的模型感到怀疑。尽管我相信观测的结果，但并不认为我们能捕捉到处于碰撞、合并阶段的物体。”
Ghez教授和同事认为，新形成的物体最终会看起来像巨大的S-型星一样，紧密集群在银河系的黑洞周围。他们还提出，黑洞的引力效应会使双星系统的离心力变大，从而促进两颗恒星的融合。对此，Gillessen博士解释道：“我们还远没有达到可以排除任何模型的时候。”
他补充说：“我的推测依然是：这是一团不走运的气体云，身处一个几乎无法逃脱的轨道中。新的观测结果显示，它可能比我们原先想象的更加紧密。”
Gillessen博士认为，这样的观测结果要解释为一个新近融合的双星系统，目前看来还十分牵强——概率或许不到10%。他还补充道，将G2作为气体云的数学模型经过变形，就可以很好地吻合新的观测数据。而且，加州大学洛杉矶分校的团队并没有探测到任何从恒星表面发射出来的物质。
至于“太空焰火”不会出现，Gillessen博士说：“这是确实正确的，但本来也没有模型预测了它在2014年会出现——只有在以后才能看到。因此从目前来看，‘太空焰火’的缺席并不能说明太多。”
“另一方面，G2穿过周围气体时的冲击锋应该是能够被观测到的。这种现象还没有观测记录，反过来正好说明G2比预计的更加紧密，换句话说，其周围的气体比预计的稀薄很多，” Gillessen博士继续说道，“但G2还是不需要小到像一颗恒星一样。”
争论还将继续，但与此同时，天文学家们还将继续关注银河系的中心。(任天)
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