活躍超大質量黑洞周圍的旋轉氣體圈

2021-01-14 博科園

【博科園-科學科普（關注「博科園」看更多）】阿塔卡瑪大毫米/亞毫米波陣列(ALMA)的高解析度觀測使一個旋轉的塵埃氣體圍繞一個活躍的超大質量黑洞旋轉。這種旋轉的齒狀結構的存在是幾十年前首次提出的，但這是第一次被如此清晰地證實。這是理解超大質量黑洞和它們的宿主星系共同進化的重要一步。幾乎所有的星系都在其中心隱藏著巨大的黑洞。研究人員早就知道星系的質量越大，中心黑洞的質量就越大。這聽起來很合理，但宿主星系比中央黑洞大100億倍；對於兩種截然不同的天平來說，它應該很難直接影響到彼此，那麼這種關係是如何發展的呢?

螺旋星系M77的中心區域，美國宇航局/ESA哈勃太空望遠鏡對恆星的分布進行了成像。阿爾瑪揭示了星系中心的氣體分布情況。ALMA成像的是一個半徑為700光年的馬蹄形結構，一個半徑為20光年的中央緊湊型元件。後者是圍繞AGN的氣體環。紅色表示甲醯離子(HCO+)和綠色表示氫氰酸的排放。圖片版權：ALMA (ESO/NAOJ/NRAO), Imanishi et al., NASA/ESA Hubble Space Telescope and A. van der Hoeven

為了解決這個問題，一個天文學家小組利用阿爾瑪的高解析度觀測了螺旋星系M77的中心。M77的中心區域是一個「活動星系核」，也就是說物質正猛烈地向中心特大質量黑洞傾斜，並發出強烈的光。AGN可以強烈地影響周圍的環境，因此它們是解決星系和黑洞共同演化之謎的重要對象。該團隊在M77的超大質量黑洞周圍成像，並解決了一個半徑為20光年的緻密氣體結構。而且天文學家發現緻密的結構像預期的那樣繞著黑洞旋轉。為了解釋agn的各種觀測特徵，天文學家們假設在活躍的超大質量黑洞周圍，有一種類似於環形的多塵氣體結構。

這被稱為AGN的「統一模型」，該論文的主要作者Masatoshi Imanishi(日本國家天文臺)在《天體物理學雜誌快報》上發表了一篇論文。然而塵土飛揚的甜甜圈在外觀上卻非常小。高解析度的ALMA，現在我們可以直接看到結構。許多天文學家以前觀測過M77的中心，但從來沒有看到過如此清晰的黑洞周圍的氣體旋轉。除了阿爾瑪的高解析度外，分子發射線的選擇是揭示其結構的關鍵。研究小組觀察了來自氰化氫分子(HCN)和甲醯離子(HCO+)的特定微波輻射。這些分子只在稠密的氣體中發射微波，而更頻繁觀察到的一氧化碳(CO)在各種條件下會發出微波。AGN周圍的圓環被認為是非常密集的，而且團隊的策略是正確的。

之前的觀測揭示了塵埃氣體環的東西延伸，ALMA數據顯示出的動力學與預期的環面旋轉方向一致。有趣的是，超大質量黑洞周圍的氣體分布比簡單的統一模型所顯示的要複雜得多。環面似乎有一個不對稱性，旋轉不只是跟隨黑洞的重力，而且還包含高度隨機的運動。這些事實可能表明AGN有一段暴力歷史，可能包括與一個小星系的合併。然而旋轉環面的識別是一個重要的步驟。我們居住的銀河系，其中心也有一個超大質量的黑洞。然而這個黑洞處於非常安靜的狀態。只有少量的氣體吸進它。因此為了深入研究一個AGN，天文學家需要觀察遙遠星系的中心。M77是最近的AGN和一個合適的對象，它可以詳細地窺視這個中心。

知識：科學無國界，博科園-科學科普參考：天體物理期刊內容：經「博科園」判定符合今主流科學來自：日本國立天文臺編譯：中子星審校：博科園解答：本文知識疑問可於評論區留言傳播：博科園

相關焦點

  • 天文學家在超大質量黑洞周圍發現神秘巨環 直徑達40光年
    天文學家在超大質量黑洞周圍發現神秘巨環 直徑達40光年 來源：騰訊科技 • 2019-03-05 11:45:36
  • 超大質量黑洞的神秘光環,Sgr A *周圍的冷氣體有多大?
    在我們的銀河系中心，有一個被稱為Sagittarius A*的超大質量黑洞。通常情況下，它的名字會被縮寫為Sgr A *，也叫做射手座A *、人馬座A*。在它的周圍，科學家們發現了一團神秘的星際氣體，這個超大質量黑洞看上去好似被一個神秘的氣體光環所圍繞。它的發現，對科學家了解黑洞的生長過程、以及如何影響其周圍的環境，都提供了很多新知識。
  • 黑洞周圍或有成千上萬顆「黑洞行星」，質量可達地球的3000倍
    黑洞是宇宙中最特殊又可怕的天體，由於其恐怖的吞噬性，其附近的所有東西都會被吞噬掉。但事實並非總是如此，發表於《天文物理期刊》的一項研究報告稱，活躍的超大質量黑洞周圍的環境非常複雜，可能會存在一個安全區域，有成千上萬的行星可以在其中旋轉。
  • 環繞超大黑洞的旋轉氣雲首次現身
    一個以今西昌俊為主的日本國立天文臺和鹿兒島大學的研究小組，通過觀測螺旋星系M77的中心核，捕捉到了環繞超大黑洞的半徑約20光年的「甜圈」狀分子氣體，並首次清晰地觀測到分子氣體以黑洞為中心旋轉的情形。宇宙中幾乎所有星系中心都存在巨大的黑洞，這些超大黑洞的質量是太陽的數十倍至數億倍，與其所在星系整體的質量相關聯。
  • 超大質量黑洞周圍的M87巨星系!
    視界望遠鏡(EHT)已公布了黑洞視界的首張圖像，黑洞視界是光無法逃脫黑洞巨大引力的區域。這個巨大的黑洞，有著65億個太陽質量，位於橢圓星系梅西耶87 (M87)。EHT是一個國際合作組織，它在美國的支持包括美國國家科學基金會。這張來自美國宇航局斯皮策太空望遠鏡的圖片顯示了整個M87星系的紅外線。
  • 在銀河系超大質量黑洞周圍發現一條「氣體絲」
    宇宙的基本單位是星雲和恆星，它們在宇宙中隨處可見，而黑洞則是保證星系穩定運行的前提。一組歐洲研究人員發現，在銀河系中心特大質量黑洞人馬座A* (Sgr A*)周圍有一條氣體絲，研究小組在研究黑洞0.1秒差距時發現了一大片氣體雲的輻射。
  • 宇宙中超大質量黑洞的形成,是否與周圍的星際氣體和恆星有關?
    所以，科學家們疑惑這些宇宙中超大質量黑洞的形成，是否還與周圍的星際氣體和恆星有關？超大質量黑洞的起源-原始氣體雲坍塌，為什麼不足以解釋所有現狀？而就這個過程的本質而言，其實就是氣體雲會因為金屬而變得冷卻。所以，當此類雲層因為自重而坍塌的時候所形成小恆星，完全不足以形成最終能夠演化為超大質量黑洞的恆星類型，這便是為什麼科學家們認為，宇宙各大星系中的超大質量黑洞，一定不都始於原始氣體雲坍塌的初期。超大質量黑洞的前生-當巨型雲層中存在重元素，超大質量恆星如何形成？
  • 銀河系中央黑洞周圍可能存在成千上萬的「黑洞行星」
    這些行星藏身在孕育它們的物質盤中，與近旁巨大的黑洞相比，顯得無比渺小、幾不可見。但在2019年11月和2020年7月發表的兩篇論文中，研究人員提出，這些黑洞行星必然存在。　　並非每個超大質量黑洞周圍都存在黑洞行星。物質在黑洞周圍演化成硬球比在恆星周圍的原行星盤中要困難。
  • 如何測量黑洞旋轉速度?利用超大質量黑洞撕裂恆星光芒進行探索
    天文學家使用殲滅之星來記錄黑洞的旋轉，被超大質量黑洞撕裂的恆星的光芒使研究人員能夠測量黑洞旋轉的速度。天文學家從一顆碎星的殘骸中發現了一個令人驚奇的長壽命X射線脈衝，這是因為它不可避免地旋入黑洞的嘴附近。
  • 研究提出超大質量黑洞周圍存在類似圍繞恆星運轉的行星
    首先是氣體和塵埃在自引力作用下坍縮形成恆星；隨著時間推移，恆星周圍的盤狀氣體、塵埃等會逐漸聚集形成更大團塊，並進一步凝聚，逐漸形成行星。日本天文學家提出，氣體和塵埃並非年輕恆星獨有，在星系中心黑洞周圍也存在著大量氣體和塵埃，其質量可以比原恆星盤大數十億倍，像銀河系中心黑洞這樣黯淡、寒冷的超大質量黑洞或許也是孕育行星的理想場所。
  • 哈勃又有新發現:捕捉到超大質量黑洞的「影子光束」
    黑洞周圍的一圈塵埃物質 巨大的陰影最初是被一位太空業餘愛好者發現的 IC5063星系中心處應該有一顆超大質量的黑洞 這個巨大的陰影就像被某種物質遮擋住了其中的光線一樣，這說明IC5063星系中心處有個活躍的核球，位於其中心的超大質量黑洞正不停地吞噬吸積盤及其周圍的塵埃和氣體環狀物質。
  • 超大質量黑洞與周圍恆星上演「玫瑰舞」
    來源：經濟日報據美國太空網16日報導，歐洲科學家歷經近30年研究，首次發現圍繞銀河系中央超大質量黑洞人馬座A＊旋轉恆星的行進軌跡與愛因斯坦廣義相對論的預測精準吻合，再次驗證了廣義相對論的正確性。根澤爾補充說：「一百年後的今天，我們首次在繞著人馬座A＊旋轉的恆星上看到同樣的效應，這項觀察性突破也進一步強化了人馬座A＊是太陽質量400萬倍超大質量黑洞的證據。」該研究小組使用位於智利的歐洲南方天文臺（ESO）的甚大望遠鏡（VLT）來追蹤一顆名為S2的恆星，該恆星繞人馬座A＊旋轉，後者距地球約2.6萬光年。
  • 我國科學家揭示超大質量黑洞吸積盤外流的物理特性
    星系中心活躍的超大質量黑洞可以吸積周圍物質形成圍繞黑洞旋轉的吸積盤，同時吸積盤產生的強烈電磁輻射可以將其周圍氣體電離，吹向星際空間形成高速外流。外流將質量、動量和能量帶入周圍環境，是連接星系核區和寄主星系的紐帶，長期以來被認為是調節超大質量黑洞的生長及其寄主星系演化的潛在關鍵因素。但受觀測能力的限制，近30年來，天文學家僅測量得到了20多個外流氣體的尺度，對外流的尺度分布等物理性質及其對星系演化的具體影響仍然知之甚少。
  • 黑洞周圍的生機，距離超大質量黑洞10光年處，或有數萬行星形成
    黑洞是物質的禁區嗎？是的，在黑洞附近一定範圍內，一切物質都會被吞噬，哪怕是光。但是，黑洞的引力也是有範圍的。在某個合適的範圍內，黑洞周圍的一片區域也是可以非常繁榮的。去年的時候，有一組科學家對外宣布：即使是在超大質量黑洞周圍，也可以有一片相對安靜的區域。在這個區域內，可能會存在著繞黑洞公轉的上千顆行星。
  • 古老的超大質量黑洞擁有指向地球的粒子束
    簡介：最新發現的超重宇宙黑洞粒子—— PSO J030947.49+271757.31 –是迄今最遠的耀變星，且其粒子束恰巧直指地球，利於分析其光束。耀變星是位於活躍星系核心的超大質量黑洞。對它們的觀測對於研究黑洞種群規模有很大意義。
  • 超大質量黑洞增長速度的剋星:吸積盤
    黑洞因其超高密度而擁有巨大的引力，即便是光也無法從中逃脫。對於黑洞的形成普遍認為是由於大質量恆星在演化末期發生了劇烈的超新星爆炸，爆炸將其核心擠壓成一個密集極高的星體——這就是黑洞。    超大質量黑洞大都出現在星系的中心位置，其質量是太陽的幾百萬倍至幾十億倍。
  • 科學家稱：銀河系中央黑洞周圍可能存在成千上萬的「黑洞行星」
    在浩瀚的宇宙中分布著無數的超大質量黑洞黑洞周圍的行星不是每個超大質量黑洞都有黑洞行星圍繞著它的。物質演化成黑洞周圍的行星比恆星周圍的原行星更難。圍繞超大質量黑洞旋轉的塵埃和氣體的密度要比恆星周圍的小得多，落入視界的物質將形成一圈又熱又亮的冕環。因此不可能在周圍的塵埃盤中形成冰，但是冰是行星形成的關鍵組成部分之一。
  • 理論不存在的超大質量黑洞竟然被發現,這個黑洞竟然存在著吸積盤
    我們知道發現超大質量很多是一個最近幾十年來最重要的事情，因為超大質量黑洞周邊的一系列物理反應和化學反應能夠讓科學家認識到很多的宇宙奧秘，所以科學家現在會利用最先進的太空望遠鏡來實現對於黑洞的直接觀測，從而科學家能夠找到很多的黑洞秘密，近期幾年大量的研究給黑洞科學帶來新的研究途徑。
  • 超大質量黑洞繞著更大質量的黑洞旋轉,每12年撞擊一次其吸積盤
    例如，斯皮策望遠鏡是唯一一臺能夠觀測到遙遠星系OJ 287中心發生的令人震驚的事情的望遠鏡：一個超大質量黑洞（SMBH）被另一個經常穿過其吸積盤的黑洞圍繞。每當這種情況發生時，就會產生比銀河系所有恆星加起來還要亮的閃光。利用斯皮策的觀測，一個國際天文學家小組終於能夠建立一個模型，精確預測這些閃光的時間和較小黑洞的軌道。
  • 星系中心的超大質量黑洞到底是如何形成的?
    有這麼大的恆星能通過超新星演化出這麼大的黑洞嗎？顯然不可能！所以我們今天就了解下宇宙早期的超大質量黑洞演化過程，它咋來的！先了解下我們銀河系的超大質量黑洞是怎樣被發現的銀河是夜空中光明與黑暗的交織，它包含了我們所能看到的所有恆星，從年輕到古老，有大有小，顏色各異，中間夾雜著昏暗的氣體雲，綿延數十萬光年，而我們就是其中的一份子！