詹姆斯韦伯太空望远镜发现一个靠近超大质量黑洞的激波

(2024-08-08 09:32:21)

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published 2 hours ago

“至于活动星系核如何将能量转移进它们周围有很多争论。我们没有期望来看到射电喷流做这种破坏。然而这里是它！”

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由詹姆斯·韦伯太空望远镜捕捉的ESO 428-G14星系的三色图像。(Image credit: NASA/ESA/JWST)

用詹姆斯韦伯太空望远镜，天文学家已经成像了围绕一个遥远的超大质量黑洞的尘埃和气体结构，相当字面上发现一个“激波”特征。

该团队发现了加热这个涡旋的气体和尘埃云的能量实际上来自与以接近光速旅行的气体射流的碰撞或“激波”。以前科学家们已经理论化加热这团尘埃的能量来自超大质量黑洞本身，使这成为一个意想不到的转折。

这个特殊的超大质量黑洞的星系家园是ESO 428-G14，一个位于距离地球约7000万光年远的活动星系。“活动星系”一词意味着ESO 428-G14占有一个中心区域或由于一个贪婪地吞噬围绕它的物质的超大质量黑洞的存在跨电磁波谱发射强大和强烈光的“活动星系核”（AGN）。

激波活动星系核发现被银河活动、环和外流堪查（GATOS）合作的成员取得，他们正在用致力于詹姆斯韦伯太空望远镜观测来研究附近星系的心脏。

纽卡斯尔大学高级讲师、银河活动、环和外流堪查团队成员戴维（David Rosario）在一份声明中说，“至于活动星系核如何将能量转移进它们的周围有很多争论。我们没有预料到来看到射电喷流做这种破坏。然而这里是它！”

由詹姆斯·韦伯太空望远镜捕捉的ESO 428-G14星系的三色图像。(Image credit: NASA/ESA/JWST)

解锁一个“嘈杂”黑洞的秘密

所有大星系都被认为有中心超大质量黑洞，它有范围从太阳质量的数百万倍到数十亿倍的质量，但并不是所有这些黑洞都位于活动星系核中。

以银河系为例。我们的银河系的超大质量黑洞人马座A*（Sgr A*）被如此少的物质包围以至于它的物质的“饮食”相当于一个人类每百万年靠一粒米坚持。这使质量约等于430万个太阳人马座A*成为一个“安静”的黑洞，但它肯定有一些嘈杂的邻居。

以星系梅西尔87（M87）中心的超大质量黑洞为例，它位于距离我们约5500万光年远。这个黑洞M87*不只是比人马座 A*广大的大质量有一个相当于大约65亿个太阳的质量，而且它还被大量的气体和尘埃包围，它吃食这些。

这个物质不能直接落入M87*因为它携带角动量。这意味着它围绕超大质量黑洞形成一个叫“吸积盘” 的涡旋的扁平气体和尘埃云，这逐渐的喂食它。

一幅显示超大质量黑洞位于一个吸积盘的心脏的描画。 (Image credit: Mark Garlick/Science Photo Library/Getty Images)

超大质量黑洞不只是坐在吸积盘中被动的像一个坐在高脚椅中的宇宙婴儿一样等待喂食。这些宇宙巨人的巨大引力影响在吸积盘中产生宏大的潮汐力，创造加热它到1800万华氏度（1000万摄氏度）的摩擦。

这造成吸积盘明亮的辉光，为活动星系核的部分照明提供动力。这些宇宙巨人的巨大引力在吸积盘中产生巨大的潮汐力，创造将它加热到1800万华氏度（1000万摄氏度）的摩擦。

但这还不是全部。

就像一个行为不端的蹒跚学步的孩子一样，并不是所有超大质量黑洞的“食物”都要进它的“嘴里”一样。强大的磁场将吸积盘中的一些物质在这个加速这些带电粒子到接近光速过程中引导到黑洞的两极。就像你的孩子向你扔食物一样。

从黑洞的两极，这种物质以平行的天体物理射流朝外爆发。这些喷射还伴随着跨电磁波谱的光发射，尤其是在无线电波中。

由于这些贡献，活动星系核能是如此明亮以至于它们比围绕它们星系中每颗恒星的结合起来的光都更亮。

显示被射流加热的尘埃（右）和被辐射场加热的尘埃的效果的图表 (Image credit: Newcastle University)

围绕活动星系核的尘埃往往能通过吸收可见光和其他波长的电磁辐射封锁我们的它们的心脏的观望。然而，红外光能让这些尘埃溜走，詹姆斯韦伯太空望远镜方便地在红外线中看宇宙。这意味着强大的太空望远镜是来窥探进活动星系核中心的完美工具。

当银河活动、环和外流堪查团队为ESO 428-G14做了这个时，他们发现超大质量黑洞附近的尘埃正在沿着它的喷流扩散出去。这揭示了喷流和尘埃之间一个意想不到的关系，提示这些强大的外流可能对加热和形成尘埃是负责的。