超大質量黑洞在遙遠星系中忽明忽暗反覆搖曳

最新 01-20

最近，科學家在一個遙遠星系的中央發現了一個正在吞噬著大量宇宙氣體物質的特大質量黑洞，該黑洞在吞噬過程中還會拋射出大量的高能粒子流。粒子流在被拋射出來之後會失去能量，就類似於關了開關的燈泡，但過了10萬年之後，這些高能粒子流又重新開始輻射能量。

藝術概念圖：巨型黑洞正在發揮「宇宙吸塵器」作用

科學家一般將快速增長的特大質量黑洞稱為活動星系核。最近科學家在一個遙遠星系的中央發現了一個正在吞噬著大量宇宙氣體物質的特大質量黑洞，該黑洞在吞噬過程中還會拋射出大量的高能粒子流。粒子流在被拋射出來之後會失去能量，就類似於關了開關的燈泡，但過了10萬年之後，這些高能粒子流又重新開始輻射能量，像是關了的燈又通上電一樣。

活動星系核在一個星系中央區有著比普通星系更加強烈的光度，部分波段或甚至全部波段里都發出很強的電磁波譜。其輻射可覆蓋從無線電波、微波、紅外線、可見光、紫外線、X射線到伽馬射線。光度大約在10^36-10^41J/s之間。

容納活動星系核的宿主星係為活動星系。活動星系核是這些星系明亮的核心部分，尺度通常在1光年上下，只佔整個活動星系的很小一部分。活動星系核是宇宙中電磁輻射最明亮的持久性來源，因此可以用來發現遙遠天體，活動星系核的能量可能源自星系的碰撞。

這張圖片中顯示的是星系SDSS J1354+1327。該星系是斯隆數字化巡天天文望遠鏡首先發現的，所以名字裡面就帶有斯隆數字化巡天的英文簡寫「SDSS」。

這張圖片是通過錢德拉X射線天文台、哈勃空間望遠鏡的觀測數據合成的。其中，紫色部分來自於錢德拉X射線天文台，紅色、綠色及藍色部分來自於哈勃空間望遠鏡。擴大的方形特寫區域顯示的是，星系SDSS J1354+1327中央內部存在著特大質量黑洞的區域。星系SDSS J1354+1327的北邊存在著一個伴星系J1354+1328，它們之間由相互碰撞產生的星際物質所連接。

研究人員認為超大質量黑洞的吸積物質主要來源於伴星系的星際物質。觀測結果顯示，星系中心向南延伸約30000光年的錐形氣體中，電子正被從原子中剝離出來，星系北邊距黑洞3000光年的地方存在一個激波。星系北部的氣體流動方向與激波相同，南部的則與外流方向相同。這表明黑洞把氣體吸積完了之後就會休眠一會，等氣體「消化」完之後再重新吸積。

科學家正在研究的這個特大質量黑洞位於星系SDSS J1354+1327之中，該星系距離地球大約9億光年。

科羅拉多大學博得分校的朱莉·科默福德博士及其同事研究工作非常認真，他們使用了來自於如下科研機構的觀測數據：美國國家航空航天局（NASA）的錢德拉X射線天文台、NASA與歐洲航天局合作建設的哈勃空間望遠鏡、美國夏威夷州莫納克亞山W. M. 凱克天文台、美國新墨西哥州太陽黑子鎮美國天體物理研究會阿帕奇波因特天文台。

美國夏威夷州莫納克亞山W. M. 凱克天文台

錢德拉X射線天文台在星系SDSS J1354+1327中發現了一個明亮的點狀X射線源，該射線源就是存在著極端超大質量黑洞的可辨識證據。

宇宙氣體被恆星爆發以及來自星系核心超級黑洞的噴流、巨大引力及磁場力加熱到數百萬度高溫，就會發射出X射線輻射。這些氣體的一部分會落入黑洞受到吞噬，一部分又會以高能粒子強力噴流的形式被噴射出來。

天文學家對錢德拉X射線天文台及哈勃空間望遠鏡觀測得到的圖片進行了比較研究，他們認為，正如理論研究預測的那樣，該星系內部存在著一個黑洞。X射線觀測數據還顯示，該特大質量黑洞深陷於濃密的宇宙空間氣體之中。

美國新墨西哥州太陽黑子鎮美國天體物理研究會阿帕奇波因特天文台

過去觀測工作得到的光學數據顯示，特大質量黑洞有可能吞噬著、吸積著巨大數量的空間氣體，同時也拋射出高能粒子流。粒子流在被拋射出來之後會失去能量，就好比關了開關的燈泡一樣，但過了10萬年之後，這些高能粒子流又重新開始輻射能量，就好像是關了的燈又通上電一樣。這一過程使得該黑洞就像在遙遠星系中搖曳的火焰一樣。

這一證據強烈顯示，正在進行吸積的黑洞能夠使得它所拋射出來的高能粒子流重複發生輻射及關閉輻射的過程，但是，這一重複過程的時間尺度同宇宙138億年的歲數相比要短得多。

「用個擬人的修辭方法來說，就好比，我們觀測到的黑洞能夠大吃大喝、打個飽嗝、然後睡一會，之後又會再次大吃大喝、打個飽嗝、然後睡一會，這一過程符合科學理論的預測，」科默福德博士說。

「我們進行觀測研究的時機非常幸運，能夠在一段時間之內觀測發現了其中的兩個天文事件。」

為什麼黑洞會多次進行大吃大喝、打個飽嗝、然後睡一會這一過程呢？這個問題的答案是，星系SDSS J1354+1327的北邊存在著一個伴星系J1354+1328，這兩個星系在發生碰撞的過程中形成了大量恆星及星際氣體流，這些恆星及星際氣體就是黑洞吃飽了之後打嗝的原因所在。

科默福德博士及本次研究的共同作者得出結論，伴星系J1354+1328的大量物質會呈渦旋狀向星系SDSS J1354+1327移動，這些物質會被位於星系SDSS J1354+1327中央的黑洞吞噬。

科默福德博士及其同事利用哈勃空間望遠鏡、美國新墨西哥州太陽黑子鎮美國天體物理研究會阿帕奇波因特天文台的觀測數據研究發現，星系SDSS J1354+1327中心向南延伸，存在著一個長度為大約30000光年的錐形氣體，這些氣體原子的電子已經被電離了出來。

這種電離作用可能是黑洞附近區域的輻射爆發所導致的，這種電離現象說明黑洞曾經進行過「大吃大喝」現象，也就是對空間物質的高強度吞噬。

在超聲速流動、爆炸等過程中都會出現激波。

天文學家在星系SDSS J1354+1327的北部大約3000光年的位置發現了一個激波，非常類似於音爆。激波是氣體、液體和固體介質中應力（或壓強）、密度和溫度在波陣面上發生突躍變化的壓縮波，又稱衝擊波。在超聲速流動、爆炸等過程中都會出現激波。爆炸時形成的激波又稱爆炸波。水管中閥門突然關閉形成的波也是一種激波。在固體介質中，強烈的衝擊作用會形成激波，在等離子體中也會形成激波。激波現象的存在說明，不同氣體團在被黑洞吞噬之後的大約10萬年之後，黑洞才發生了「打嗝」現象，所謂的打嗝也就是黑洞拋射出高能粒子流。