天文學(xué)家在亞秒差距尺度上觀察超大質(zhì)量黑洞進(jìn)食和反饋

2025-11-24 20:35:17 分類：焦點(diǎn) 閱讀(61731)

一氧化碳(CO；指示中等密度分子氣體的天文存在)以紅色顯示；原子碳(C；表示原子氣體的存在)；氰化氫(HCN；指示高密度分子氣體的存在)；和氫復(fù)合線(H36α指示電離氣體的存在)。中央致密氣體盤(綠色)的亞秒大小約為6光年。等離子體流出幾乎垂直于圓盤行進(jìn)。差距尺度察超湛頭外圍預(yù)約（外圍上門）外圍外圍上門外圍女（電話微信156-8194-*7106）一二線城市外圍預(yù)約、空姐、模特、留學(xué)生、熟女、白領(lǐng)、老師、優(yōu)質(zhì)資源鳴謝:uux.cn/ALMA (ESO/NAOJ/NRAO)、上觀食和T. Izumi等人。大質(zhì)洞進(jìn)
（神秘的量黑地球uux.cn）據(jù)ALMA：由日本國(guó)家天文臺(tái)助理教授Takuma Izumi領(lǐng)導(dǎo)的國(guó)際研究小組通過使用阿塔卡馬大型毫米/亞毫米陣列(ALMA)以極高的分辨率(約1光年)觀測(cè)了Circinus星系的附近活動(dòng)星系核，取得了里程碑式的反饋成就。
這些觀察結(jié)果名為“在亞秒差距尺度上觀察到的天文超大質(zhì)量黑洞進(jìn)食和反饋”，發(fā)表在《科學(xué)》雜志上。亞秒
這標(biāo)志著世界上第一次在包括等離子體、差距尺度察超原子和分子在內(nèi)的上觀食和所有相態(tài)氣體中，對(duì)超大質(zhì)量黑洞附近的大質(zhì)洞進(jìn)氣流及其結(jié)構(gòu)進(jìn)行了定量測(cè)量，精確到幾光年的量黑尺度。因此，反饋湛頭外圍預(yù)約（外圍上門）外圍外圍上門外圍女（電話微信156-8194-*7106）一二線城市外圍預(yù)約、空姐、模特、留學(xué)生、熟女、白領(lǐng)、老師、優(yōu)質(zhì)資源該團(tuán)隊(duì)清楚地捕捉到了朝向超大質(zhì)量黑洞的天文吸積流，并揭示了這種吸積流是由一種稱為“引力不穩(wěn)定性”的物理機(jī)制產(chǎn)生的。
此外，該團(tuán)隊(duì)還發(fā)現(xiàn)，這種吸積流的很大一部分沒有被用于黑洞的增長(zhǎng)。相反，大多數(shù)氣體以原子或分子外流的形式從黑洞附近排出，并返回氣體盤，再次參與朝著黑洞的吸積流:這種氣體循環(huán)過程類似于噴泉。這些發(fā)現(xiàn)代表了對(duì)超大質(zhì)量黑洞生長(zhǎng)機(jī)制的全面理解的重要進(jìn)展。
在許多大質(zhì)量星系的中心，存在著質(zhì)量超過太陽一百萬倍的“超大質(zhì)量黑洞”。這些超大質(zhì)量黑洞是如何形成的？先前的研究提出的一個(gè)關(guān)鍵增長(zhǎng)機(jī)制是黑洞上的“氣體吸積”。這是指宿主星系中的氣體以某種方式向中心黑洞下落的過程。
由于黑洞的引力，聚集在超大質(zhì)量黑洞附近的氣體被高速加速。由于氣體粒子之間的強(qiáng)烈摩擦，這種氣體被加熱到幾百萬度，并發(fā)出明亮的光。這種現(xiàn)象被稱為活動(dòng)星系核(AGN)，其亮度有時(shí)可以超過銀河系中所有恒星的總和。有趣的是，一部分落向黑洞的氣體(吸積流)被認(rèn)為是被這個(gè)活動(dòng)星系核的巨大能量吹走的，導(dǎo)致了外流。

根據(jù)觀測(cè)結(jié)果描繪活動(dòng)星系核中星際介質(zhì)分布的插圖。高密度分子氣體沿著圓盤平面從星系流向黑洞。黑洞周圍積累的物質(zhì)產(chǎn)生了巨大的能量，導(dǎo)致分子氣體被破壞，并轉(zhuǎn)化為原子和等離子體相。這些多相氣體中的大部分通過從核中流出而被排出(包括主要發(fā)生在圓盤上方方向的等離子體流出，以及主要發(fā)生在對(duì)角線方向的原子或分子流出)，但這些流出的大部分將落回圓盤，就像氣體噴泉一樣。鳴謝:uux.cn/ALMA (ESO/NAOJ/NRAO)、T. Izumi等人。
理論和觀測(cè)研究都提供了從100，000光年的星系到中心幾百光年的氣體吸積機(jī)制的詳細(xì)見解。然而，在一個(gè)小得多的區(qū)域內(nèi)的氣體吸積，特別是在距離銀河系中心幾十光年的范圍內(nèi)，由于其空間尺度極其有限，仍然不清楚。
例如，為了定量理解黑洞的增長(zhǎng)，有必要測(cè)量吸積流率(有多少氣體流入)并確定在這一小尺度下作為外流物排出的氣體(等離子體、原子氣體、分子氣體)的數(shù)量和類型。不幸的是，這方面的觀察理解直到現(xiàn)在還沒有顯著的進(jìn)展。
在這項(xiàng)研究中，研究小組首次成功捕捉到了從銀河系中心延伸數(shù)光年的高密度氣體盤中朝向超大質(zhì)量黑洞的吸積流。由于該區(qū)域的小尺度和星系中心附近氣體的復(fù)雜運(yùn)動(dòng)，識(shí)別這種吸積流長(zhǎng)期以來一直是一項(xiàng)具有挑戰(zhàn)性的任務(wù)。
然而，在這種情況下，研究小組確定了前景分子氣體吸收背景明亮活動(dòng)星系核光線的位置。這一鑒定是通過ALMA的高分辨率觀測(cè)實(shí)現(xiàn)的。詳細(xì)的分析顯示，這種吸收材料正朝著遠(yuǎn)離我們的方向移動(dòng)。由于吸收物質(zhì)總是存在于活動(dòng)星系核和我們之間，這表明該團(tuán)隊(duì)已經(jīng)成功捕捉到了朝向活動(dòng)星系核的吸積流。
此外，研究小組還闡明了導(dǎo)致這種氣體積聚的物理機(jī)制。觀測(cè)到的氣體盤本身表現(xiàn)出的引力如此之大，以至于它不能被氣體盤運(yùn)動(dòng)計(jì)算出的壓力所維持。
當(dāng)這種情況出現(xiàn)時(shí)，氣體盤在自身重量的作用下坍塌，形成復(fù)雜的結(jié)構(gòu)，變得無法在銀河系中心保持穩(wěn)定的運(yùn)動(dòng)。結(jié)果，氣體迅速落向中央黑洞。現(xiàn)在ALMA已經(jīng)清楚地揭示了這種被稱為星系中心“引力不穩(wěn)定性”的物理現(xiàn)象。
此外，這項(xiàng)研究大大推進(jìn)了對(duì)活動(dòng)星系核周圍氣體流動(dòng)的定量理解。從觀測(cè)到的氣體密度和吸積流的速度，可以計(jì)算出氣體供給黑洞的吸積率。令人驚訝的是，這個(gè)速率被發(fā)現(xiàn)比維持這個(gè)活躍星系核活動(dòng)實(shí)際所需的速率大30倍。
換句話說，銀河系中心周圍1光年尺度的大部分吸積流對(duì)黑洞的成長(zhǎng)沒有貢獻(xiàn)。那么，這些多余的氣體去了哪里？這個(gè)謎團(tuán)也在這項(xiàng)研究中被揭開——對(duì)所有相態(tài)氣體(中密度分子、原子和等離子體；對(duì)應(yīng)于上面第一張圖中的紅色、藍(lán)色和粉色區(qū)域), ALMA探測(cè)到了活動(dòng)星系核的外流。
通過定量分析，揭示了流向黑洞的大部分氣體以原子或分子外流的形式排出。然而，由于它們的速度很慢，它們無法逃離黑洞的引力勢(shì)，最終回到了氣體盤。在那里，它們被回收到朝向黑洞的吸積流中，類似于噴泉，從而在銀河系中心完成了一個(gè)迷人的氣體回收過程(第二張圖片)。
關(guān)于這項(xiàng)研究的成果，Izumi表示，“在活躍增長(zhǎng)的超大質(zhì)量黑洞周圍幾光年的區(qū)域內(nèi)檢測(cè)吸積流和外流，特別是在多相氣體中，甚至破譯吸積機(jī)制本身，確實(shí)是超大質(zhì)量黑洞研究歷史上的不朽成就?！?br>展望未來，他繼續(xù)說道，“為了全面了解宇宙歷史上超大質(zhì)量黑洞的增長(zhǎng)，我們需要研究距離我們更遠(yuǎn)的各種類型的超大質(zhì)量黑洞。這需要高分辨率和高靈敏度的觀測(cè)，我們對(duì)ALMA的進(jìn)一步使用以及下一代即將到來的大型無線電干涉儀抱有很高的期望。”