时速3600万英里的超大质量黑洞风足以重塑整个星系
时速3600万英里的超大质量黑洞风足以重塑整个星系
黑洞风的能量足以影响整个星系的演化。最近，威斯康星大学麦迪逊分校的天文学家们发现了一个时速达3600万英里的黑洞风，这为理解超大质量黑洞如何影响其宿主星系提供了重要线索。
图：吹出宇宙风的超大质量黑洞。（图源：NASA/CXC和Nahks Tr'Ehnl）
一颗明亮的类星体由一个超大质量黑洞提供能量，它释放辐射，将周围的气体云推开，产生速度约为每小时3600万英里(每小时5800万公里)的风。类星体本身也几乎和宇宙一样古老。
这一发现是由威斯康星大学麦迪逊分校的天文学家们通过分析类星体SBS 1408+544的数据得出的。这颗类星体位于108亿光年之外的牧夫座，其数据是由斯隆数字巡天(SDSS)开展的黑洞测绘混响测绘项目收集的。来自SBS 1408+544的光传播到地球已经花了近110亿年，这几乎与138亿年的宇宙存在的时间一样长。
虽然人们认为大多数星系的中心存在质量相当于数百万甚至数十亿太阳的超大质量黑洞，但并不是所有黑洞都能为类星体提供能量。类星体黑洞被一个被称为“吸积盘”的扁平旋转云团中的物质所包围，且持续为黑洞提供物质养料。
类星体中心超大质量黑洞的巨大引力会引起摩擦和潮汐力，从而加热吸积盘中的物质，使其发出强烈的光芒。此外，没有被送入超大质量黑洞的物质则被强大的磁场引导到两极，在那里它们被加速到接近光速，并以喷流的形式喷出。这些来自每个黑洞极点的双重喷流也伴随着强大的电磁辐射。
图：牧夫座中超大质量黑洞驱动的类星体SBS 1408+544。（图源：Jordan Raddick和SDSS）
研究小组组长、威斯康星大学麦迪逊分校的天文学教授凯瑟琳·格里尔解释说：“吸积盘中的物质总是落入黑洞，这种拉扯的摩擦使吸积盘中的温度升高，使其变得非常非常热，非常非常亮。这些类星体真的很亮，因为从圆盘的内部到远处有很大的温度落差，几乎覆盖了所有的电磁波谱。”
通过测量类星体发出电磁辐射的间隙（原理为光被碳原子吸收），来自这颗特殊类星体的明亮光线让格里尔和同事们得以追踪气态碳风。研究小组发现，每当他们对SBS 1408+544进行130次以上的吸收光谱测量时，碳吸收“阴影”的位置都会发生变化。随着时间的推移，类星体的辐射将其周围的物质推开，这种现象也随之显著。这些物质形成了黑洞风，时速高达3600万英里(5800万公里)，大约是音速的4.5万倍。
图：在偏振光下看到的银河系人马座 A中心超大质量黑洞，宛如一个休眠的巨人。（图源：EHT Collaboration）*
研究小组的联合负责人、威斯康星大学麦迪逊分校的天文学毕业生罗伯特·惠特利表示：“这种变化告诉我们，气体的移动速度很快，且持续加快。风正在加速，因为它受到吸积盘辐射的推动。”
科学家们以前就怀疑他们已经发现了加速的超大质量黑洞风，但这是第一次有确凿的证据支持这一结果。这种宇宙风引起了天文学家的极大兴趣，因为它们周围移动的气体是恒星的基石。这意味着，如果黑洞风足够强大，它们可以切断恒星的形成，从而“杀死”它们的宿主星系。此外，它们还可以剥夺中心超大质量黑洞的燃料，结束它们作为类星体漫长无味的日子。
一个活跃的星系可能因此变成安静的世界，比如银河系，它除了以非常缓慢的速度形成恒星外，在它的中心还有一个“沉睡的”巨大黑洞。人马座A*，我们的黑洞，被如此少的物质包围着，以至于它的气体和尘埃的摄入量相当于一个人每百万年吃一粒米。此外，超大质量黑洞风可能会压缩气体，而不是将其推开，这将在它们的宿主星系中引发新一轮恒星的形成。
像研究小组看到的那种黑洞风也可以超越星系的外围，影响邻近的星系，并最终影响邻近星系中心的超大质量黑洞。
“超大质量黑洞十分巨大，但与它们所在的星系相比，有十分渺小。”格里尔说。“但这并不意味着它们不能相互‘交谈’。当我们对这类黑洞进行建模时，我们必须考虑到这一点。”