詹姆斯·韋伯太空望遠(yuǎn)鏡在超大質(zhì)量黑洞附近發(fā)現(xiàn)了一個(gè)激波 _太空

詹姆斯·韋伯太空望遠(yuǎn)鏡拍攝的ESO 428-G14星系的三色圖像。（圖片來(lái)源：NASA/ESA/JWST）
據(jù)美國(guó)太空網(wǎng)（Robert Lea）：利用詹姆斯·韋伯太空望遠(yuǎn)鏡（JWST），天文學(xué)家對(duì)一個(gè)遙遠(yuǎn)的超大質(zhì)量黑洞周?chē)膲m埃和氣體結(jié)構(gòu)進(jìn)行了成像，實(shí)際上發(fā)現(xiàn)了一個(gè)“沖擊”特征。
該團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)，加熱這團(tuán)旋轉(zhuǎn)的氣體和塵埃云的能量實(shí)際上來(lái)自與以接近光速飛行的氣體射流的碰撞，或“沖擊” 。此前，科學(xué)家們認(rèn)為加熱這團(tuán)塵埃的能量來(lái)自超大質(zhì)量黑洞本身，這使得這是一個(gè)意想不到的轉(zhuǎn)折。
這個(gè)特殊的超大質(zhì)量黑洞的銀河系家園是ESO 428-G14，這是一個(gè)距離地球約7000萬(wàn)光年的活動(dòng)星系。“活動(dòng)星系”一詞意味著ESO 428-G14擁有一個(gè)中心區(qū)域或“活動(dòng)星系核”（AGN），由于存在一個(gè)貪婪地吞噬周?chē)镔|(zhì)的超大質(zhì)量黑洞，它在電磁波譜中發(fā)出強(qiáng)大而強(qiáng)烈的光。
銀河活動(dòng)、環(huán)和外流調(diào)查（GATOS）合作的成員發(fā)現(xiàn)了令人震驚的AGN，他們正在使用專門(mén)的JWST觀測(cè)來(lái)研究附近星系的中心。
紐卡斯?fàn)柎髮W(xué)高級(jí)講師、GATOS團(tuán)隊(duì)成員David Rosario在一份聲明中表示：“關(guān)于AGN如何將能量轉(zhuǎn)移到周?chē)h(huán)境中，存在很多爭(zhēng)論。” 。“我們沒(méi)想到會(huì)看到無(wú)線電噴氣式飛機(jī)造成這種破壞。然而，它就在這里！”

詹姆斯·韋伯太空望遠(yuǎn)鏡拍攝的ESO 428-G14星系的三色圖像。（圖片來(lái)源：NASA/ESA/JWST）
揭開(kāi)“嘈雜”黑洞的秘密
所有大星系都被認(rèn)為有中心超大質(zhì)量黑洞，其質(zhì)量從太陽(yáng)的數(shù)百萬(wàn)倍到數(shù)十億倍不等，但并非所有這些黑洞都位于活動(dòng)星系核中。
以銀河系為例。我們銀河系的超大質(zhì)量黑洞人馬座A*（Sgr A*）被如此少的物質(zhì)包圍，以至于它的物質(zhì)“飲食”相當(dāng)于人類每百萬(wàn)年靠一粒米生存。這使得Sgr A*（質(zhì)量約等于430萬(wàn)個(gè)太陽(yáng)）成為一個(gè)“安靜”的黑洞，但它肯定有一些嘈雜的鄰居。
以銀河系Messier 87（M87）中心的超大質(zhì)量黑洞為例，它距離我們約5500萬(wàn)光年。這個(gè)黑洞M87*不僅比Sgr A*大得多，質(zhì)量相當(dāng)于大約65億個(gè)太陽(yáng)，而且它還被大量的氣體和塵埃包圍著，并以此為食。
這個(gè)物質(zhì)不能直接落入M87*，因?yàn)樗鼣y帶角動(dòng)量。這意味著它在超大質(zhì)量黑洞周?chē)纬闪艘粋€(gè)旋轉(zhuǎn)的扁平氣體和塵埃云，稱為“吸積盤(pán)”，逐漸為其提供能量。

一幅插圖顯示，超大質(zhì)量黑洞位于吸積盤(pán)的中心。（圖片來(lái)源：Mark Garlick/科學(xué)圖片庫(kù)/Getty Images）
超大質(zhì)量黑洞不會(huì)像坐在高腳椅上的宇宙嬰兒一樣被動(dòng)地坐在吸積盤(pán)中等待喂食。這些宇宙泰坦的巨大引力影響在吸積盤(pán)中產(chǎn)生了巨大的潮汐力，創(chuàng)造了將其加熱到1800萬(wàn)華氏度（1000萬(wàn)攝氏度）的虛構(gòu) 。
這導(dǎo)致吸積盤(pán)發(fā)出明亮的光芒，為AGN的部分照明提供動(dòng)力。這些宇宙泰坦的巨大引力在吸積盤(pán)中產(chǎn)生了巨大的潮汐力，創(chuàng)造了將其加熱到1800萬(wàn)華氏度（1000萬(wàn)攝氏度）的小說(shuō) 。
但這還不是全部。
就像一個(gè)行為不端的蹣跚學(xué)步的孩子一樣，并非所有超大質(zhì)量黑洞的“食物”都進(jìn)入了它的“嘴里” 。強(qiáng)大的磁場(chǎng)將吸積盤(pán)中的一些物質(zhì)引導(dǎo)到黑洞的兩極，在這個(gè)過(guò)程中，這些帶電粒子被加速到接近光速。就像你的孩子向你扔食物一樣。
從黑洞的兩極，這種物質(zhì)以平行的天體物理射流的形式向外爆發(fā) 。這些噴氣式飛機(jī)還伴隨著電磁波譜中的光發(fā)射，尤其是在無(wú)線電波中。
由于這些貢獻(xiàn)，AGN可以如此明亮，以至于它們比周?chē)窍抵忻款w恒星的組合光都要亮。

顯示由射流加熱的灰塵（右）和由輻射場(chǎng)加熱的灰塵的影響的圖表（圖片來(lái)源：紐卡斯?fàn)柎髮W(xué)）
活動(dòng)星系核周?chē)膲m埃通常會(huì)通過(guò)吸收可見(jiàn)光和其他波長(zhǎng)的電磁輻射來(lái)阻擋我們對(duì)其心臟的觀察。然而，紅外光可以讓這些塵埃溜走，JWST可以方便地在紅外線中看到宇宙。這意味著強(qiáng)大的太空望遠(yuǎn)鏡是窺探活動(dòng)星系核中心的完美工具。
當(dāng)GATO團(tuán)隊(duì)為ESO 428-G14做這件事時(shí) ，他們發(fā)現(xiàn)超大質(zhì)量黑洞附近的塵埃正在沿著它的噴流擴(kuò)散。這揭示了噴流和塵埃之間意想不到的關(guān)系，表明這些強(qiáng)大的外流可能是加熱和塑造塵埃的原因。
進(jìn)一步研究超大質(zhì)量黑洞周?chē)膰娏骱蛪m埃之間的聯(lián)系，可以揭示這些宇宙泰坦對(duì)形成星系的影響，以及物質(zhì)在活動(dòng)星系核中的回收方式。
紐卡斯?fàn)柎髮W(xué)數(shù)學(xué)、統(tǒng)計(jì)和物理學(xué)院的博士生Houda Haidar說(shuō)：“有機(jī)會(huì)在其他人之前使用JWST的獨(dú)家數(shù)據(jù)并訪問(wèn)這些令人驚嘆的圖像，這太令人興奮了。” 。“能成為GATOS團(tuán)隊(duì)的一員，我感到非常幸運(yùn) 。與該領(lǐng)域的頂尖專家密切合作確實(shí)是一種榮幸。”
該團(tuán)隊(duì)的研究發(fā)表在《皇家天文學(xué)會(huì)月刊》上。