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天文学家在类星体天鹅座A的黑洞周围发现了一个巨大的环状物质

2019-09-11来源:就医网

当我看到天文图像时,很少会感到脖子发冷。但我只看到一个这样的例子:它展示了一个巨大的结构在一个星系的中心,这在这个特殊的星系中从未见过。它再次表明,天文学家多年前设想的描述强大星系的科学模型是正确的。

这个星系被称为天鹅座a,这个名字的意思是它是天鹅座中最明亮的无线电波来源。事实上,它是如此的强大,以至于在1939年发现了它。它也是天空中第一个被确认为星系的射电源(不包括我们自己的星系,这是学究式的),所以它在天文学历史上已经有了坚实的地位。

天文学家在类星体天鹅座A的黑洞周围发现了一个巨大的环状物质

天鹅座A,在x射线(蓝色)、射电(红色)和可见光(恒星)中可见。这两束光在射电图像中清晰可见

这就是我们所说的活跃星系,这意味着它的核心有大量的能量。大多数螺旋星系的中心都有很多恒星,所以它们看起来相对明亮。但其中有一小部分确实很亮,而且在某些情况下,它们的核心可以比来自星系的其他所有光加起来还要亮。

这些活跃的星系有很多种类型。其中一些会发出无线电波,但没有多少光(我们看到的那种)。有些在x射线中非常明亮,有一小部分甚至会爆发出伽马射线,这是光的最高能量形式。产生伽马射线需要一个强大的引擎,我们现在知道这是什么了:一个超大质量的黑洞。

每个大星系的中心都有一个黑洞,但在活跃的星系中,黑洞正在积极地吞噬物质。这些物质落入星系中心,堆积在黑洞周围的吸积盘中,吸积盘的内部以接近光速的速度围绕黑洞旋转。产生的摩擦是巨大的,并把材料加热到荒谬的高温。这种旋转的物质也会产生强大的磁场,就像龙卷风在圆盘的上下移动一样。这些磁场可以把物质从圆盘上剥离出来,聚焦成细细的光束,然后以略低于光速的速度发射到太空中。我们称这些光束为喷流。

天鹅座A因其喷射流而闻名,喷射流可以达到几十万光年的距离,然后在猛烈撞击星系外的物质时减速膨胀。

但是,一项利用无线电波中的超大型阵列进行的新观测显示,天鹅座a的核心特征在我们如何看待活跃星系方面发挥着巨大的作用。这是图片:

天文学家在类星体天鹅座A的黑洞周围发现了一个巨大的环状物质

对天鹅座星系中心的超大型阵列无线电波观测显示,物质喷流以及环绕中心黑洞的环状尘埃云环向外喷射。

这是天鹅座A的中心,面积约5000光年。喷流是明显的线性特征,延伸过,和非常明亮的核已经被减去,所以你可以看到中心的细节。这就是回报所在。这两个亮红色的点是内部喷流,几百光年长,围绕它们的是一个圆形的特征(从一个角度看,它看起来像一个椭圆):这是一个尘埃环面,一个甜甜圈形状的结构,这是这里的大新闻。

这个特性是巨大的,直径约1300光年,大规模的几亿倍太阳质量的,是由无数的尘埃云(小粒硅酸盐和碳)围绕黑洞的中心,并且远比炎热的吸积盘。尘埃如此之厚,以至于对可见光完全不透明,这是活跃在天空中的星系动物园的关键所在。

天文学家在类星体天鹅座A的黑洞周围发现了一个巨大的环状物质

天鹅座A的VLA观测

如何?因为它太大、太厚、太不透明,它改变了我们对星系核心的看法。如果环面从地球的边缘被看到,那么它会挡住所有的可见光,以及高能量的紫外线、x射线和伽玛射线。我们可以用射电望远镜看到超长的喷射流,但其他望远镜看不到很多。我们称之为射电星系。

如果它是倾斜的,就像天鹅座A一样,我们可以看到离黑洞更近的地方——我们从环面的边缘往外看,一些高能量的光到达我们这里。这些星系被称为塞弗特星系(以第一个将它们分类的天文学家卡尔·塞弗特的名字命名),有时也被称为类星体,这取决于观测到的细节。

有时我们正沿着黑洞的轴线向下看,沿着喷流向下看。在这种情况下,最高能量的光,伽马射线,到达我们这里,我们称这些活跃的星系为闪耀星系。

天文学家在类星体天鹅座A的黑洞周围发现了一个巨大的环状物质

这张示意图显示了一个活跃星系的中心,在那里,一个吸积盘孕育着一个超大质量的黑洞

在很长一段时间里,这些活跃星系之间的联系并不为人所知。然后在20世纪后期,天文学家开始认为,在其中一些星系中,有一个尘埃环面挡住了我们的视线,我们看到它们的角度决定了我们看到了什么。这被称为活动星系的统一模型,并已成为天文学家今天使用的标准模型。当然也有一些例外,但是对于大多数活跃的星系,我们知道尘埃环面控制着我们所看到的一切。

现在我们可以看到一个环面!已经有证据表明它们存在于较暗的活跃星系中,但这是第一次在真正明亮的星系中发现它们,而且是如此清晰。天鹅座A离这些东西也很近,所以我们能很好地看到它。顺便说一句,在VLA图像中心右侧的明亮物体是另一个超大质量黑洞,几乎可以肯定是几百万年前天鹅座A吞噬的另一个星系留下的。所以说,这个观察结果一点也不酷。

我要指出的是,银河系中心的黑洞是我们所说的静止黑洞,也就是说不释放能量。几乎可以肯定的是,数十亿年前它是活跃的,可能最近才活跃,但现在它只是坐在那里。但这并不意味着永远都是这样;有尘云环绕着它,如果它们离得太近,它也会再次短暂地活跃起来。好消息是,我们认为它是指向我们之外的,所以这对我们最伟大的后代来说应该不是问题。

但这并不会降低它的趣味性。研究像天鹅座A这样的其他星系让我们了解我们的星系,就像了解我们的星系让我们了解整个宇宙一样。

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