黑洞釋放出巨大能量，驅動類星體產生，亮度超過整個星系

2020-08-27 博科園

幾乎所有星系中心都有超大質量黑洞，它們是空間中密度超乎想像的緻密區域，任何東西（即使是光）都無法逃脫。當這樣一個質量為太陽數百萬倍或數十億倍的黑洞吞噬物質時，它被一個旋轉的氣體圓盤包圍著。當這個圓盤中的氣體落向黑洞時，它會釋放出巨大能量。這種能量創造了一個明亮而強大的星系核心，稱為類星體，它的光可以大大超過其宿主星系。天文學家普遍認為，類星體的能量是限制大質量星系增長的原因。

在未來詹姆斯·韋伯太空望遠鏡發射後不久，科學家們計劃在一個名為Q3D的計劃中，研究精心挑選的三個類星體對其宿主星系的影響。與其宿主星系相比，超大質量黑洞非常小，相對於整個月球的大小，它相當於一便士。儘管如此，超大質量黑洞對它們居住的星系有著巨大影響。海德堡大學研究小組負責人、Q3D首席研究員多米尼卡·懷勒扎萊克(Dominika Wylezalek)表示：

在物理上非常小的物體上，超大質量黑洞似乎對星系的演化，並最終影響宇宙面貌產生了巨大的影響。20年前，科學家們假設類星體在限制星系增長方面起著關鍵作用，但具體的觀測證據出人意料地難以獲得。科學家們認為，類星體狂風每年釋放出相當於數百個太陽質量的物質。當類星體風席捲銀河系的圓盤時，原本會形成新恆星的物質被猛烈地從銀河系帶走，導致恆星的誕生停止。

三個類星體及其宿主星系

但是，觀測類星體在其宿主星系上的影響和覆蓋範圍仍然是現代天體物理學中一個尚未解決的重大問題，韋伯望遠鏡或將可以改變這一點。除了超高靈敏度、解析度和紅外視覺外，韋伯的能力還包括獨特的三維成像光譜學。這種特殊的觀測技術使研究小組能夠獲得視野中每一個像素的詳細光測量結果，它將許多波長稍有不同的圖像拼接在一起。

這使得科學家可以在空間上繪製星系內的氣體運動圖，這項技術將使科學家能夠探測附近和遙遠星系中的恆星、氣體和塵埃，從而徹底改變對超大質量黑洞與其宿主星系之間關係的理解。馬裡蘭大學帕克分校天文學教授、聯合首席研究員西爾萬·維勒克斯(Sylvain Veilleux)解釋說：成像光譜學對我們來說很重要，因為這些遙遠類星體中的風不一定是對稱。因此需要每個位置的光譜來確定它們的幾何形狀，並能夠從這些風以及它們對宿主星系的影響中提取重要信息。

Q3D研究團隊將研究三個明亮的類星體，以測量在超大質量黑洞上吸積物質所產生的活動，以及宿主星系是如何受到這種活動的影響。研究團隊選擇這三個類星體是出於科學原因，但也是為了測試和評估韋伯太空望遠鏡的能力。這些類星體離地球跨越非常大距離，從相對較近到非常遙遠。在它們各自的距離上，也是最亮的類星體之一，並且已知有物質流出。強大的類星體外流似乎阻止了星系氣體形成新的恆星和生長銀河系。

科學家們認為，這種類星體與星系的聯繫對於決定星系如何從早期宇宙演的至關重要。這對比銀河系大幾倍的星系尤其重要，因為類星體宿主通常是質量更大的星系。與周圍的物質相比，類星體非常明亮，因此研究人員正在開發特殊的軟體工具，使他們能夠研究這些現象。當類星體在20世紀50年代被發現時，它們是明亮的射電源，看起來就像照相底片上的恆星，所以它們被稱為「準恆星射電源」。

博科園｜研究/來自：美國宇航局戈達德太空飛行中心

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