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黑洞或受制于高速等离子流:时速3.5亿公里

    超大质量黑洞可以产生较窄的粒子流(橘色)和相对较宽一些的气体喷流(蓝灰色),即所谓的超高速外向喷流。这一机制非常强大,足以对星系内恒星形成和黑洞的发育过程产生影响

    据物理学家组织网站报道,星系中央黑洞的质量和其核心部位巨大核球中恒星的运行速度之间存在的相互关系多年来让天文学家们困惑不已。现在,一个由美国宇航局戈达德空间飞行中心的弗朗西斯•汤贝西(Francesco Tombesi)领导的国际天文学家小组近期确认了一种新型的黑洞驱动的外向喷流,这种喷流的力量足够强大,分布也足够常见,可以解释这两者之间存在的这种联系。

    大多数大型星系的中央都拥有一个质量达数百万倍太阳质量的黑洞,但拥有巨型黑洞的星系在其核球内部通常也会拥有高速运动的恒星。这一联系暗示在黑洞与恒星在该区域的形成机制之间存在某种联系。一个巨型黑洞的行为可以对一片远比太阳系范围广阔地多的区域施加强烈的影响,但是我们尚缺乏足够的线索去解释这种行为是如何对星系核球产生影响的。一般而言这样的星系核球涵盖的范围要比黑洞的影响范围大数百万倍。汤贝西说:“这确实是一道谜题。所有线索都指向超大质量黑洞,认为它一定拥有某种手段在驱动着这种背后的联系,但直到现在我们才开始了解这种手段。”

    黑洞通过逐渐吞噬分布于其周遭吸积盘中的气体尘埃物质而获取能量。这个炙热的物质盘位于一片高能粒子构成的晕中,这个晕结构和吸积盘本身都是强烈的X射线辐射源。在吸积盘内侧,常常有物质流会在黑洞剧烈引力作用下被改变方向,转而被向外抛射出去。这些物质流被向外抛出的速度可达光速的一半左右,并且计算机模拟显示其结构仍然可以维持一道窄的流体形式,最终其大部分能量可以一直延伸到星系中的恒星新生区外侧很远的区域。

    天文学家们担心自己是否错过了什么。在过去10多年间,有关一种新型的黑洞驱动喷流开始浮出水面。在一些活动星系中心位置,X射线波段观测显示离子态铁元素的波长上存在吸收谱线。这表明在这一X射线辐射源前景方向必然存在温度较低的气体云团。并且这些吸收线还显示蓝移迹象,这就意味着这一气体云团正向着我们的视线方向靠近。

    在两项先前进行的研究中,汤贝西和他的同事们证明了这一低温云团代表了一种新型外向喷流。在最近的一项已经发表在2月27日出版的《皇家天文学会月报》上的研究中,科学家们将目标锁定距离较近的42个活动星系,并使用欧洲XMM-牛顿X射线空间望远镜对这些所谓“超高速外向喷流”(简称“UFOs”)进行了观测。这42个观测目标是依据美国宇航局“罗希X射线计时探测器”(RXTE)观测获得的全天星表选择的。全部这些观测目标距离我们都不超过13亿光年。

    结果显示在所有观测的星系中,有大约40%存在这种外向喷流,这说明这种喷流是一种较为常见的现象。平均而言,这一低温气体云团和星系中央背景之间的距离不会超过0.1光年。而这些喷流的平均速度则大约为光速的14%,即大约每小时1.5亿公里。研究还指出要想维持这样一道喷流所需的最低物质量约为一个太阳质量——这一数字和这些黑洞吞噬物质的速率相吻合。

    汤贝西说:“尽管这些喷流的速度相比粒子流要慢一些,但是这些喷流比起其它类型的星系喷流,其速度则要快得多。这让它们的力量显得非常强大。”他说:“这些喷流拥有扮演将黑洞的影响力扩展到星系层面的桥梁作用的能力。”

    另一方面,由于这些强大的外向喷流不断地将物质从黑洞周遭的吸积盘中带走,它也起到了限制黑洞成长的作用。与此同时,这些喷流向外延伸一直穿出到很远的位置,它们会吹走星系中恒星新生区域的气体尘埃物质,从而导致这些区域的恒星诞生速率减缓甚至停滞,因为这些气体尘埃物质正是形成新生恒星的原始材料。这一机制恰好可以解释黑洞和它对应的星系核球中恒星行为之间的潜在联系。

    汤贝西和他的小组期待在日本宇航局Astro-H X射线望远镜发射升空之后他们将有望进一步加深对这种超高速外向喷流作用机制的理解。这一先进设备预计将于2014年发射升空。而与此同时,汤贝西还打算将注意力集中在揭开这种强大喷流形成机制的问题上来,这一问题是了解有关活动星系是如何形成,发展和成长的大图景的关键一环

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