磁涡旋可能帮助喂养超大质量黑洞。这里是如何

By Keith Cooper

published 6 hours ago

Black Holes

    这可以解释为什么一些黑洞是能够增长到我们的太阳质量的数百万或数十亿倍。

艺术家的在星系ESO320-G030中心围绕超大质量黑洞向内螺旋的磁风的印象。彩色线条显示风的旋转运动（蓝色朝向我们，红色背离我们）。 (Image credit: M.D. Gorski/Aaron Geller/Northwestern University/CIERA.)

    这有点是黑洞把一切拉进去的神话。由于强大的磁场能够来悬浮带电粒子从一个黑洞的吸积盘出来并将加速它们离开，大部分发现它自己朝向黑洞落入的物质实际上被吐出来。

    很长一段时间以来，假设是这种物质从黑洞的邻近径向的流出，要么通过一个被磁场准直的穿刺射流要么被从热盘发放的辐射的流出抬起。然而，在这个理论的心脏一直总有一点一个悖论：如果围绕黑洞立即的环境善于将物质从危险移除，超大质量黑洞如何能够吃食足够的物质来生长到它们的数百万个甚至数十亿倍于太阳质量的巨大质量呢？

    现在，对位于1.2亿光年外的活跃星系ESO320-G030的观测可能已经刚刚提供了这个答案。基本上，在一个遥远的星系中围绕一个超大质量黑洞涡旋向内螺旋的磁涡旋已经被发现，创造允许黑洞来贪婪进食的条件。

    由美国西北大学的马克·戈尔斯基（Mark Gorski）领导的天文学家用在智利的阿塔卡马大型毫米/亚毫米阵列（ALMA）探测到了氰化氢气体被磁流体动力流出吹动 - 换句话说磁风。氰化氢本身并不是特别重要的，但通过代表着系统中剩下的分子气体，它起一个阿塔卡马大型毫米/亚毫米阵列能检测到的代理的作用。

    瑞典查尔姆斯理工大学的与戈尔斯基合作进行这项研究的阿尔托（Susanne Aalto）一份声明中说，“我们想要测量来自银河系核被风携带的分子的光，希望来追踪风如何被一个不断增长的 - 或即将增长的 - 超大质量黑洞发射，通过用阿塔卡马大型毫米/亚毫米阵列我们能够研究来自厚的尘埃和气体层后面的光”。

    阿塔卡马大型毫米/亚毫米阵列能够来检测从氰化氢的亚毫米无线电发射中的一个多普勒效应，这允许戈尔斯基的团队来追踪气体的运动。他们发现它被一个旋转的磁风携带而不是被从活动黑洞预期的典型径向流出。这对黑洞如何进食有一个大影响。

    戈尔斯基说，“在我们的观测中我们看到一个旋转风的帮助调节星系中心黑洞增长的清楚证据”。

    随物质（气体和尘埃）接近黑洞，它首先在一个旋转的被交织在随它们缠绕生长更强烈磁场的吸积盘中聚集。典型的，它们能够来将带电粒子从圆盘中浮起并在一个聚焦的磁上准直射流中推开它们。圆盘也变得真的热的，辐射到数百万度，这种辐射的流出也能将物质推离黑洞。

    然而，旋转的磁风是不同的。阿尔托说，“我们能看到风如何从一个螺旋结构形成，从这个星系的中心滚滚出来”。

    戈尔斯基和阿尔托的研究论文将磁风描述为“壮观的”。这是因为虽然旋转的风能将带电粒子从圆盘中浮出，但风也窃取圆盘的一些角动量，因为它也正在旋转。这造成吸积盘的旋转减慢，并且由于物质不再像在吸积盘中那样快的移动，黑洞的引力能够将更多的物质拉过事件地平线。这允许黑洞来比否则就像更多的物质落入它一样更快增长。

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    通过允许更多的物质落入超大质量黑洞，这种旋转的磁风可能对解开活跃星系核是关键 - 一个活跃的星系核，这是一个处在喂食狂潮中的超大质量黑洞- 被打开，促使一个星系在最极端的案例中变成一个类星体。

    戈尔斯基说，“现在我们知道要寻找什么，下一步就是找出这是一个多普遍的现象。如果这是所有拥有超大质量黑洞的星系都要经历的一个阶段，接下来会发生什么呢？”远非这个过程的所有问题都被回答。

    该研究于4月发表在《天文学与天体物理学》杂志上。