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天文學家發現遠古黑洞爆出電漿流體

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天文學家從早期宇宙中觀察到爆炸中的超大質量黑洞噴發出電漿流體

【新三才首發】最近天文學家捕捉到一個來自宇宙遙遠深處的天文現象,一個超大質量的黑洞瘋狂地將其周圍的物質吸入,並且有如爆炸般地噴發出電漿流體,導致其週圍星系中的氣體溫度升高。

通常即使在最好的條件下這種天文現象也很難被觀測到,因此這種天文事件特別令人印象深刻。這個黑洞離地球有110億光年之遠, 而我們存在的這個宇宙的年齡也還不足30億年。

這個黑洞被命名為MG J0414 + 0534,由於重力透鏡的作用,天文學家必須運用一些技術才能捕捉到它的詳細影像。在地球和銀河之間還有著差異很大的其他龐大星系,它的重力會扭曲從它旁邊穿越過的光線路徑,從而在其周圍形成四個MG J0414 + 0534的影像,請參見下圖。

觀測成員之一的日本東京大學的天文學家峰崎岳夫指出,這種受到重力扭曲因而失真的作用就像一個天然望遠鏡, 能夠使得遠處的物體變的更清晰可見。並且此一現象可以讓我們知道在早期宇宙中一些星係是如何演化的。

受到重力透鏡作用呈現出的類星體影像

黑洞很複雜,特別是為星系提供動力的超大質量黑洞更是異常複雜。它們的密度非常巨大,它們的引力使它們周圍形成無法返回的點(A Point of No Return),稱之為事件邊界(Event Horizon),在這個邊界內的物質即使快如光速也無法穿越,因此我們看不到黑洞內部。

但是在事件範圍之外,就是我們可以看到的部分,卻是一個令人難以置信的極端環境。最極端的例子就是類星體,它是一個活躍的銀河核心,中心有一個超大質量的黑洞。這些是銀河系生命在早期的激烈活動階段,黑洞活躍地在圍繞著它周圍的物質上不斷衍化。

當增生的盤狀物質(也被稱之為吸積盤)在黑洞周圍旋轉並掉入黑洞時,隨著劇烈的摩擦因而產生強烈的光和熱量,使得類星體成為宇宙中最明亮的星體之一。但還不只如此,這些活躍的黑洞還具有離子化的噴射流體物質,它們以相當於光的速度從其兩極區域噴射出來,但這些物質不是來自於黑洞內部。

天文學家認為這些噴射流體物質是從增生的盤狀物質(吸積盤)的內部邊緣沿著黑洞磁場引導至事件邊界外部而到達其兩極,然後高速噴出。

反過來,這些噴射流體可以衝入黑洞裡的星系,吹走塵埃和氣體雲,否則塵埃和氣體雲會坍塌成為恆星,這樣就有效地阻止了恆星的形成,這種現象被稱為熄滅(Quenching)。

大多數較老的星係都被熄滅了,天文學家仍在弄清楚發生這種現象的機制。這種機制的例子就是類星體風,而噴射流體也是造成這種作用的因素之一。

MG J0414 + 0534的雙極噴射流是從黑洞中射出的。觀測團隊係藉著組合銀河系的四個透鏡影像,並消去前方銀河系的引力效應,才得以重建這些噴射流體的圖像。

如果移除重力透鏡的效果,則MG J0414 + 0534的重建圖像看起來就像上圖。類星體周圍的塵埃和電離氣體的噴射流體以紅色顯示。一氧化碳氣體的噴射流體以綠色顯示,沿著噴射流體有著雙極結構。

日本國立天文台天文學家中西幸一郎說,結合這種宇宙望遠鏡和ALMA的高解析度觀測,我們就能有異常清晰的視力,是人類視力的9,000倍。他說,憑藉這種極高的解析度,我們能夠獲得從超大質量黑洞所噴出的氣流其周圍的氣態雲分佈和運動狀況。當黑洞噴射出的流體撞擊星際間的氣態介質時會產生熱量。根據這個熱像圖,研究人員能夠計算出氣態雲的速度達每秒600公里(373英里)。而且,這種類型的星系它的氣態雲和噴射流體都相對較小,這表示我們正在觀察的噴射流體是在幾萬年前就已形成,因此了解星系如何熄滅可能非常重要。

日本近代大學的天文學家井上喜樹說,MG J0414+0534是一個年輕的噴射流體的很好例子。他說,他們發現了有力的證據,即使在噴射流體的早期演化階段,噴射流體和氣態雲之間仍存在著重要的相互作用。他們的發現將更有助於更好的理解早期宇宙中星系的演化過程。

該研究已發表在《天體物理學雜誌快報》(The Astrophysical Journal Letters)上。

(編譯:郭慕法)

(責任編輯:姜啟明)

(文章來源:新三才首發)

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