研究：黑洞可能以氣體和塵埃“為食”

一項新研究顯示，在125億年前，古老的黑洞可能以氣體和塵埃“為食”，發(fā)展成為今天的超大質(zhì)量物體。一組國際研究人員利用位于智利的甚大望遠(yuǎn)鏡捕捉到了環(huán)繞在星系中心類星體周圍的“黑洞食物”的圖像。

研究人員表示，這些物質(zhì)讓這些黑洞在宇宙還很年輕的時候迅速成長。他們認(rèn)為，這一發(fā)現(xiàn)為了解諸如星系團(tuán)和空洞等最早的宇宙結(jié)構(gòu)如何形成的提供了基礎(chǔ)。在天文學(xué)中，空洞是指纖維狀結(jié)構(gòu)之間的空間，與纖維狀結(jié)構(gòu)一起組成了宇宙中最大尺度的結(jié)構(gòu)。

德國馬克斯·普朗克天文研究所的伊曼紐爾·保羅·法里納(Emanuele Paolo Farina)博士說：“這些‘怪物’在宇宙早期的存在是個謎。”這里所說的“怪物”便是超大質(zhì)量黑洞，其質(zhì)量是太陽的數(shù)十億倍。直到現(xiàn)在，人們還認(rèn)為超大質(zhì)量黑洞周圍沒有足夠的物質(zhì)來支持它們的生長。

一組國際研究人員利用位于智利的甚大望遠(yuǎn)鏡捕捉到了環(huán)繞在星系中心類星體周圍的“黑洞食物”的圖像。。這張圖片顯示的是用歐洲南方天文臺甚大望遠(yuǎn)鏡上的多單元光譜探測器新觀測到的一個氣體暈，與另一架望遠(yuǎn)鏡獲得的星系合并的舊圖像疊加在一起

法里納博士表示，它們可能是由最早的恒星坍縮形成的，而且一定長得很快。天文學(xué)家還沒有找到足夠數(shù)量的“黑洞食物”(包括冷氣體和塵埃)來解釋這種快速增長。“現(xiàn)在我們首次表明，原始星系確實有足夠的食物來維持不斷增長的黑洞，以及形成充滿活力的恒星。”

天文學(xué)家使用歐洲南方天文臺的甚大望遠(yuǎn)鏡，包括其裝載的多單元光譜探測器(MUSE)，來收集黑洞的數(shù)據(jù)。

研究人員調(diào)查了31個類星體，即星系中極其明亮的活躍星系核。

天文學(xué)家發(fā)現(xiàn)，這些類星體中有12個被由低溫、高密度的氫氣所包圍。據(jù)研究人員稱，這些氣體暈與星系緊密相連，為維持超大質(zhì)量黑洞的生長提供了“完美的食物來源”。

法里納博士表示，多單元光譜探測器是類星體研究的“游戲規(guī)則改變者”，使這項研究成為可能。“在對每個目標(biāo)進(jìn)行的數(shù)小時觀測中，我們能夠深入到年輕宇宙中存在的最龐大、最貪婪的黑洞周圍，”他說，“類星體很明亮，但它們周圍的氣層卻很難觀測到。多單元光譜探測器可以探測到光暈中微弱的氫氣輝光，最終使天文學(xué)家發(fā)現(xiàn)了早期宇宙中為超大質(zhì)量黑洞提供能量的食物庫。”

下一代甚大望遠(yuǎn)鏡將于2025年上線，屆時科學(xué)家們將能夠揭示更多關(guān)于星系和超大質(zhì)量黑洞的細(xì)節(jié)。法里納博士說：“有了甚大望遠(yuǎn)鏡的力量，我們將能夠更深入地探索早期宇宙，找到更多這樣的氣體星云。”這項研究的結(jié)果發(fā)表在近期的《天體物理學(xué)雜志》(Astrophysical Journal)上。

超大質(zhì)量黑洞人馬座A*

銀河系的星系中心存在著一個超大質(zhì)量黑洞，被稱為人馬座A*(Sagittarius A*，簡稱Sgr A*)。超大質(zhì)量黑洞是星系中心密度極高的區(qū)域，其質(zhì)量是太陽質(zhì)量的數(shù)十億倍。它們充當(dāng)著強(qiáng)大的引力源，吸收著周圍的塵埃和氣體。

美國物理學(xué)家卡爾·央斯基(Karl Jansky)在1931年首次提出了銀河系中心存在黑洞的證據(jù)，當(dāng)時他發(fā)現(xiàn)了來自該區(qū)域的無線電波。

人馬座A*的能量強(qiáng)大，但又無法看見，其質(zhì)量相當(dāng)于大約400萬個太陽。這個超大質(zhì)量黑洞離地球只有26000光年，是宇宙中為數(shù)不多我們可以探測到其附近物質(zhì)流動的黑洞。最初在黑洞引力影響下的物質(zhì)，只有不到1%會到達(dá)事件視界，因為大部分物質(zhì)被拋出。因此，來自人馬座A*附近物質(zhì)的X射線發(fā)射非常微弱，就像鄰近星系中的大多數(shù)超大質(zhì)量黑洞一樣。被捕獲的物質(zhì)需要失去熱量和角動量才能進(jìn)入黑洞，而物質(zhì)的噴射使這種損失得以發(fā)生。

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