钱德拉望远镜观测发现类星体对其周围环境影响不及预期

钱德拉望远镜观测发现类星体对其周围环境影响不及预期 这些图像的中心是类星体 H1821+643，这是一个快速增长的超大质量黑洞，天文学家们发现，尽管它产生了强烈的辐射，并在甚大阵列的射电数据中看到了粒子喷流，但它的表现并不尽如人意。资料来源：X射线：NASA/CXC/Univ. of Nottingham/H.Russell et al：NSF/NRAO/VLA；图像处理：NASA/CXC/SAO/N.Wolk这颗类星体被称为 H1821+643，距离地球约 34 亿光年。类星体是一类罕见而极端的超大质量黑洞，它们疯狂地向内拉扯物质，产生强烈的辐射，有时还会产生强大的喷流。H1821+643 是星系团中距离地球最近的类星体。类星体对周围环境的影响类星体与星系团中心的其他超大质量黑洞不同，它们能以更高的速度吸入更多的物质。天文学家发现，以中等速度生长的非类星体黑洞通过阻止银河系间炽热气体过度冷却来影响周围环境。这就调节了黑洞周围恒星的生长。然而，类星体的影响却不那么为人所知。这项关于 H1821+643 的新研究表明，类星体尽管如此活跃，但在推动其宿主星系和星团命运方面的作用可能没有一些科学家想象的那么重要。详细研究揭示惊人发现为了得出这一结论，研究小组利用钱德拉望远镜对H1821+643及其宿主星系所笼罩的高温气体进行了研究。然而，来自类星体的明亮X射线使得研究来自高温气体的较弱X射线变得十分困难。研究人员小心翼翼地移除了X射线眩光，以揭示黑洞的影响，这反映在新的合成图像中，显示了类星体周围星团中高温气体发出的X射线。这让他们看到类星体实际上对其周围环境几乎没有影响。研究小组利用钱德拉望远镜发现，银河系中心黑洞附近的气体密度比距离黑洞较远的区域要高得多，气体温度也低得多。科学家们预计，当几乎没有能量输入（通常来自黑洞的爆发）来阻止高温气体冷却并流向星系团中心时，高温气体就会有这样的表现。描述这些结果的论文已被《皇家天文学会月刊》接受，并可在线查阅。编译自:ScitechDaily ... PC版： 手机版：

极速宇宙风：最新天文研究解释黑洞如何推动星系演化

极速宇宙风：最新天文研究解释黑洞如何推动星系演化 类星体风（浅蓝色）从超大质量黑洞周围的吸积盘（橘红色）上发射出来的艺术家印象图。图片来源：NASA/CXC/M.Weiss, Catherine Grier and the SDSS collaboration宇宙动力学：星系中的气体加速一个遥远星系中的气体云正被星系中心的超大质量黑洞发出的爆炸性辐射以每秒超过10000英里的速度越来越快地推向邻近的恒星。这一发现有助于阐明活动黑洞是如何通过刺激或扼杀新恒星的发展来不断塑造星系的。威斯康星大学麦迪逊分校天文学教授凯瑟琳-格里尔（Catherine Grier）和应届毕业生罗伯特-惠特利（Robert Wheatley）领导的研究小组利用多年来从类星体（一种特别明亮和湍流的黑洞，位于数十亿光年外的宝瓶座）收集的数据揭示了这种加速气体。他们在麦迪逊举行的美国天文学会第244次会议上展示了他们的发现。科学家认为黑洞位于大多数星系的中心。类星体是一种超大质量黑洞，周围环绕着被黑洞巨大引力拉入的物质盘。类星体风（浅蓝色）从超大质量黑洞周围的吸积盘（橘红色）上发射出来的图像。右侧插图是来自类星体 SBS 1408+544 的两个光谱，显示了吸收光的左移，揭示了类星体风推动气体加速的过程。资料来源：NASA/CXC/M.Weiss, Catherine Grier and the SDSS collaboration类星体照明机制"圆盘中的物质一直在向黑洞坠落，这种拉扯的摩擦力会加热圆盘，使它变得非常非常热，非常非常亮，"格里尔说。"这些类星体真的很亮，由于从圆盘内部到远处的温度范围很大，它们的辐射几乎覆盖了所有的电磁波谱"。明亮的光线使类星体几乎和宇宙一样古老（多达 130 亿光年之远），其辐射范围之广使其对天文学家探测早期宇宙特别有用。类星体 SBS 1408+544 的图像，十字准线中心的蓝点。图片来源：Jordan Raddick 和 SDSS 合作小组黑洞风的观测启示研究人员利用斯隆数字巡天计划（Sloan Digital Sky Survey）现在称为"黑洞映射器混响绘图项目"（Black Hole Mapper Reverberation Mapping Project）的一项计划收集到的八年多来对一颗名为 SBS 1408+544 的类星体的观测数据进行了研究。他们通过发现类星体中消失的光被气体吸收的光来追踪由气态碳组成的风。但是，SBS 1408+544 的光影并没有在光谱中表示碳的正确位置被吸收，而是随着每一次对 SBS 1408+544 的观察，光影都会偏离原点更远。惠特利说："这种变化告诉我们，气体正在快速移动，而且速度一直在加快。风在加速，因为它受到从吸积盘上喷出的辐射的推动。"包括格里尔在内的科学家曾表示，他们以前观测到过来自黑洞吸积盘的加速风，但这一说法尚未得到更多观测数据的支持。新的结果来自近十年来对SBS 1408+544进行的约130次观测，这使得研究小组能够以极高的置信度确定速度的增加。黑洞风对银河系演化的影响天文学家对从类星体中挤出气体的风很感兴趣，因为这可能是超大质量黑洞影响其周围星系演化的一种方式。惠特利说："如果它们的能量足够大，风可能会一直吹到宿主星系，在那里它们可能会产生重大影响。"根据不同的情况，类星体的风可以提供压力，将气体挤压在一起，加速宿主星系中恒星的诞生。或者，它可能会冲走这些燃料，阻止潜在恒星的形成。"超大质量黑洞很大，但与它们所在的星系相比真的很小，"格里尔说，他的工作得到了美国国家科学基金会的支持。"但这并不意味着它们不能相互'对话'，这是一个黑洞与另一个黑洞对话的一种方式，我们在模拟这类黑洞的影响时必须考虑到这一点"。关于 SBS 1408+544 的研究报告于 6 月 11 日发表在《天体物理学报》上。 ... PC版： 手机版：

黑洞在宇宙大爆炸后不到十亿年形成类星体

黑洞在宇宙大爆炸后不到十亿年形成类星体 早期宇宙中似乎不可能存在超大质量黑洞，这已经是个问题了；詹姆斯-韦伯太空望远镜发现了更早的超大质量黑洞星系，这只会让问题变得更糟。在最新的例子中，研究人员利用韦伯望远镜描述了一个由超大质量黑洞驱动的类星体，它存在于宇宙大爆炸后大约7.5亿年。它看起来正常得令人震惊。类星体是宇宙中最亮的天体，由主动进食的超大质量黑洞提供能量。它们周围的星系为它们提供了足够的物质，使它们形成了明亮的吸积盘和强大的喷流，两者都会释放出大量的辐射。它们通常有一部分被尘埃笼罩，尘埃吸收了黑洞释放的部分能量后会发光。这些类星体发出的辐射量非常大，最终会把附近的一些物质完全赶出星系。因此，早期宇宙中存在的这些特征将告诉我们，超大质量黑洞不仅存在于早期宇宙中，而且还与星系融为一体，就像近代的星系一样。但是要研究它们却非常困难。首先，我们发现的超大质量黑洞并不多；只有九颗类星体可以追溯到 8 亿年前的宇宙。由于距离太远，很难分辨出它们的特征，而且宇宙膨胀引起的红移将许多元素的强烈紫外线辐射带到了红外线深处。然而，韦伯望远镜是专门为探测早期宇宙中的天体而设计的，它对这种辐射出现的红外线波长非常敏感。因此，新的研究是基于将韦伯望远镜对准九个早期类星体中第一个被发现的类星体J1120+0641。它看起来并没有什么与众不同，或者至少很像宇宙历史上最近时期的类星体。研究人员对类星体产生的连续辐射进行了分析，发现有明显迹象表明，类星体被嵌入了一个炙热的、布满尘埃的物质甜甜圈中，就像在后来的类星体中看到的那样。这种尘埃的温度略高于一些较新的类星体，但这似乎是这些天体在宇宙历史早期阶段的共同特征。来自吸积盘的辐射在发射光谱中也很明显。通过各种方法估算出的黑洞质量值是太阳质量的109倍，这显然是超大质量黑洞的范畴。还有证据表明，从某些辐射的轻微蓝移来看，类星体正在以大约每秒 350 公里的速度向外喷射物质。有几个奇怪的现象。一是物质似乎还在以每秒约 300 公里的速度向内坠落。这可能是由于吸积盘中的物质远离我们而旋转造成的。但如果是这样的话，在吸积盘的另一侧向我们旋转的物质也应该与之相匹配。这种现象在非常早期的类星体中也曾出现过几次，但研究人员承认这种效应的物理起源尚不清楚。他们提出的一种解释是，整个类星体都在移动，由于早先与另一个超大质量黑洞合并，类星体被震出了星系中心的位置。另一个奇怪的现象是，高度电离碳的外流速度也非常快，大约是类星体后期外流速度的两倍。这种情况以前也出现过，但也没有任何解释。尽管有些奇怪，但这个天体看起来很像近代的类星体，观测结果表明，尘埃环和（吸积盘）的复杂结构可以在宇宙大爆炸后不到 760 Myr 的时间内在（超大质量黑洞）周围建立起来。同样，这也是个问题，因为它表明在宇宙历史的早期，就有一个超大质量黑洞与其宿主星系融为一体。黑洞要想达到这里所看到的大小，就必须突破所谓的"爱丁顿极限"在产生的辐射驱赶掉邻近的物质、掐断黑洞的食物供应之前，黑洞所能吸入的物质数量。这说明有两种可能。一种是这些天体在其历史的大部分时间里摄取的物质远远超过了爱丁顿极限这是我们没有观测到的，而且这颗类星体也绝对不是这样。另一种可能是，它们一开始的质量就很大（大约是太阳质量的104倍），并以更合理的速度不断进食。但我们并不清楚这么大的东西是如何形成的。因此，早期宇宙仍然是一个相当令人困惑的地方。DOI:10.1038/s41550-024-02273-0 ... PC版： 手机版：

距地球3.6亿光年超大黑洞苏醒 开始吞噬周围一切物质

距地球3.6亿光年超大黑洞苏醒 开始吞噬周围一切物质 研究称，这个超大黑洞位于SDSS1335+0728星系，距离地球大约3.6亿光年；星系直径约为5.2万光年，总质量相当于100亿个太阳大小。参与研究的欧美科学家称，黑洞所在的星系在过去数十年均未出现异常，直到2019年12月，美国科学家发现该黑洞所在星系亮度突然上升。而该星系的亮度，是由其中的超大质量黑洞驱动的，黑洞以SDSS1335+0728星系周围的气体为食时，不断增长的物质被黑洞拉了进来，使星系发光。并且，黑洞能够吞噬一切物质，如果一颗恒星运动到其附近，可能会被强大的潮汐力所撕裂并被吸积，被“吞噬/撕裂”，这种现象称作黑洞潮汐撕裂恒星事件。至于是什么触发了这次黑洞的觉醒，目前科学界尚无定论。有理论认为，这可能是星系生命周期中自然发生的活跃周期，可能涉及恒星接近并落入黑洞的事件。此外，银河系中心的人马座A*，也存在着一个距离我们约2.6万光年、质量为太阳400万倍的超大质量黑洞，目前相对平静，不过，不排除未来它也会发生类似觉醒的可能。 ... PC版： 手机版：

揭开神秘的面纱：超大质量黑洞是如何变得如此巨大的？

揭开神秘的面纱：超大质量黑洞是如何变得如此巨大的？ 研究人员结合X射线勘测和超级计算机模拟，追踪了120亿年的宇宙黑洞成长过程。他们的研究结果表明，黑洞的增长主要是由吸积驱动的，而兼并则起次要作用，尤其是在宇宙早期。这些发现有助于解释黑洞在宇宙年轻阶段的快速增长。 超大质量黑洞是如何获得超大质量的？通过将最前沿的 X 射线观测与最先进的超级计算机模拟相结合，研究人员对星系中心发现的超大质量黑洞的成长过程进行了迄今为止最好的建模。利用这种混合方法，宾夕法尼亚州立大学天文学家领导的研究小组得出了黑洞在 120 亿年中生长的完整图景，从宇宙诞生之初的大约 18 亿年到现在的 138 亿年。这项研究包括两篇论文，一篇发表在2024年4月的《天体物理学杂志》上，另一篇尚未发表，将提交给同一杂志。研究成果将在6月9日至6月13日在威斯康星州麦迪逊市莫诺纳露台会议中心举行的美国天文学会第244届会议上公布。该成果在新闻发布会上进行了专题介绍，新闻发布会进行了现场直播，现在就可以观看：论文第一作者、宾夕法尼亚州立大学研究生邹凡（音译）说："星系中心的超大质量黑洞的质量是太阳质量的数百万到数十亿倍。它们是如何变成这样的怪物的？这是天文学家几十年来一直在研究的问题，但一直难以可靠地追踪黑洞生长的所有方式。"超大质量黑洞主要通过两种途径生长。它们消耗宿主星系中的冷气体这个过程被称为吸积当星系碰撞时，它们会与其他超大质量黑洞合并。 "在吞噬宿主星系气体的过程中，黑洞会放射出强烈的X射线，这是追踪黑洞吸积增长的关键，"研究小组负责人、宾夕法尼亚州立大学天文学和天体物理学埃伯利家族讲座教授兼物理学教授W. Niel Brandt说。"我们利用有史以来发射到太空的三个最强大的 X 射线设施 20 多年来积累的 X 射线巡天数据测量了吸积驱动的增长。"研究小组使用了来自美国宇航局钱德拉X射线天文台、欧洲航天局的X射线多镜任务-牛顿（XMM-Newton）和马克斯-普朗克地外物理研究所的eROSITA望远镜的补充数据。总共测量了包含 8000 多个快速增长黑洞的 130 万个星系样本中的吸积驱动增长。研究人员将迄今为止发射到太空的最强大 X 射线设施的 X 射线观测结果与超级计算机模拟的星系在宇宙历史中的堆积过程相结合，为星系中心发现的超大质量黑洞的生长提供了迄今为止最好的模型。左侧是结合 X 射线（蓝色）和光学（红、绿、蓝）观测结果的图像，右侧是利用 IllustrisTNG 进行宇宙学模拟后得到的模拟气体柱密度。观测到的 X 射线辐射主要来自吸积超大质量黑洞，如插图所示。图中短边的长度与天空中满月的表面大小相同。资料来源：F.Zou (Penn State) et al：观测：XMM-SERVS 协作组；模拟：TNG 协作组；插图：XMM-SERVS 协作组：插图：Nahks TrEhnl（宾夕法尼亚州立大学）Zou说："我们样本中的所有星系和黑洞在多个波长上都有非常好的特征，在红外、光学、紫外和X射线波段都有极好的测量。数据显示，在所有宇宙纪元，质量更大的星系通过吸积黑洞的速度更快。凭借高质量的数据，我们能够比过去的研究更好地量化这一重要现象。"超大质量黑洞增长的第二种方式是通过合并，即两个超大质量黑洞碰撞并合并在一起，形成一个质量更大的黑洞。为了追踪合并后的增长，研究小组使用了IllustrisTNG，这是一套超级计算机模拟，模拟了从宇宙大爆炸后不久到现在的星系形成、演化和合并过程。Brandt说："在我们的混合方法中，我们将观测到的吸积增长与模拟的合并增长结合起来，重现了超大质量黑洞的增长历史。我们相信，通过这种新方法，我们已经绘制出了迄今为止最真实的超大质量黑洞成长图景。 "研究人员发现，在大多数情况下，吸积主导了黑洞的增长。合并起了显著的辅助作用，尤其是在过去 50 亿年的宇宙时间里，对于最大规模的黑洞而言。总的来说，在宇宙年轻的时候，所有质量的超大质量黑洞的增长速度都要快得多。正因为如此，到 70 亿年前，超大质量黑洞的总数几乎已经定型，而在宇宙早期，许多新的黑洞还在不断涌现。"通过我们的方法，我们可以追踪局域宇宙中的中心黑洞最有可能是如何随着宇宙时间的推移而增长的，"Zou说。"举例来说，我们考虑了银河系中心超大质量黑洞的成长过程，它的质量为 400 万太阳质量。我们的研究结果表明，我们银河系的黑洞很可能是在宇宙时间相对较晚的时候才成长起来的。"编译自/scitechdaily ... PC版： 手机版：

幼年即巨人 韦伯望远镜揭示超大质量黑洞的成长过程

幼年即巨人 韦伯望远镜揭示超大质量黑洞的成长过程 詹姆斯-韦伯太空望远镜（JWST）在服役的第一年里，在我们夜空的一个极小区域里发现了一堆小红点，这可能是一个意想不到的突破。通过老式哈勃太空望远镜的"眼睛"，这些天体与普通星系无法区分。"JWST并不是为这一特定目的而开发的，但它帮助我们确定了在宇宙遥远的过去发现的微弱的小红点是质量极大的黑洞的小型版本。这些特殊的天体可能会改变我们对黑洞起源的看法，"该研究的第一作者、奥地利科学技术研究所（ISTA）助理教授乔瑞特-马特希（Jorryt Matthee）说。"目前的发现可能会让我们离解答天文学中最大的难题之一更近一步： 根据目前的模型，早期宇宙中的一些超大质量黑洞只是生长得'太快'了。那么它们是如何形成的呢？"巨型类星体和小红点。NASA/ESA/CSA 詹姆斯-韦伯太空望远镜（JWST）NIRCam拍摄的发光类星体J1148+5251的照片，这是一个极其罕见的100亿太阳质量的活跃超大质量黑洞。类星体的光是橙色的星状光源，有六个清晰的衍射尖峰，是在 130 亿年前发出的。年轻宇宙中存在如此巨大的黑洞，对黑洞和星系形成理论提出了重要挑战。与此同时，图像还捕捉到了小的点状红色物体，即所谓的小红点。几乎每一张 JWST 的深空图像中都会出现几个这样的天体。与类星体 J1148+5251 一样，这些天体发出的光（在这些情况下是 125 亿年前发出的）也是由超大质量黑洞驱动的。不过，这些黑洞的质量要低一百到一千倍，而且被尘埃严重遮挡（使其呈现红色）。这些小红点可能代表了处于类星体发光阶段之前的演化阶段的星系，因此有助于研究人员了解超大质量黑洞在遥远星系中的形成和作用。该图像是 EIGER 项目的一部分。资料来源：NASA、ESA、CSA、J. Matthee（ISTA）、R. Mackenzie（苏黎世联邦理工学院）、D. Kashino（日本国家天文台）、S. Lilly（苏黎世联邦理工学院）宇宙的不归点长期以来，科学家们一直认为黑洞是一种数学奇观，直到它们的存在变得越来越明显。这些奇特的宇宙无底洞可能具有如此紧凑的质量和强大的引力，以至于任何东西都无法逃脱它们的吸引力它们吸进任何东西，包括宇宙尘埃、行星和恒星，并使其周围的空间和时间发生变形，以至于连光都无法逃脱。爱因斯坦一个多世纪前发表的广义相对论预言，黑洞可以有任何质量。其中一些最引人入胜的黑洞是超大质量黑洞（SMBHs），它们的质量可以达到太阳质量的数百万到数十亿倍。天体物理学家一致认为，几乎每个大星系的中心都有一个超大质量黑洞。人马座 A* 是银河系中心的一个 SMBH，其质量是太阳的 400 多万倍，这一证据获得了 2020 年诺贝尔物理学奖。质量太大，不可能存在然而，并非所有的 SMBH 都是一样的。人马座 A* 可以比作一座沉睡的火山，而有些 SMBH 则通过吞噬天文数字级的物质而极速增长。因此，它们变得非常明亮，直到不断膨胀的宇宙边缘都能观测到它们。这些 SMBH 被称为类星体，是宇宙中最亮的天体之一。"类星体的一个问题是它们中的一些似乎质量过大，从观测类星体的宇宙年龄来看质量太大。我们称它们为'问题类星体'，"Matthee说。"如果我们考虑到类星体起源于大质量恒星的爆炸而且我们从一般物理定律中知道了它们的最大增长速度，那么其中一些类星体的增长速度看起来超过了可能的范围。这就好比一个五岁的孩子长到了两米高。"他解释说。SMBH的生长速度可能比我们最初想象的还要快吗？或者它们的形成方式不同？Jorryt Matthee，奥地利科技研究所（ISTA）助理教授巨型宇宙怪兽的小型版本现在，Matthee 和他的同事们确定了在 JWST 图像中以小红点形式出现的天体群。同时，他们还证明这些天体是 SMBH，但不是质量过大的 SMBH。确定这些天体是SMBH的关键在于探测到了具有宽线剖面的Hα光谱发射线。Hα 线是可见光深红色区域的光谱线，是氢原子受热时发出的。光谱的宽度可追踪气体的运动。"Hα线的基底越宽，气体的速度就越高。因此，这些光谱告诉我们，我们看到的是一个非常小的气体云，它的运动速度非常快，并围绕着像 SMBH 这样质量非常大的东西运行，"Matthee 说。然而，这些小红点并不是在超大质量 SMBH 中发现的巨大宇宙怪兽。"'问题类星体'是蓝色的，非常明亮，质量是太阳的数十亿倍，而小红点更像是'类星体宝宝'。它们的质量介于一千万到一亿个太阳质量之间。此外，它们呈现红色是因为它们布满了尘埃。灰尘遮住了黑洞，使颜色变红，"Matthee 说。但最终，从黑洞中流出的气体将刺破尘茧，巨行星将从这些小红点中演化出来。因此，这位 ISTA 天体物理学家和他的团队认为，这些小红点是巨型蓝色 SMBH 的红色小版本，处于问题类星体出现之前的阶段。"更详细地研究超大质量SMBH的婴儿版，将让我们更好地了解问题类星体是如何存在的。"一项"突破性"技术Matthee和他的团队之所以能找到婴儿类星体，要归功于EIGER（再电离纪元中的发射线星系和星系间气体）和FRESCO（第一再电离纪元光谱完整观测）合作项目获得的数据集。这些都是Matthee参与的一个大型和一个中型 JWST 计划。去年12月，《物理世界》杂志将EIGER列为2023年年度十大突破之一。"EIGER旨在专门研究罕见的蓝色超大质量类星体及其环境。它并不是为了寻找小红点而设计的。但我们在同一个数据集中偶然发现了它们。这是因为，通过使用 JWST 的近红外相机，EIGER 获取了宇宙中所有天体的发射光谱，"Matthee 说。"如果你竖起食指并完全伸直手臂，我们探索的夜空区域大约相当于你指甲表面的二十分之一。到目前为止，我们可能只触及了表面。"Matthee相信，目前的研究将开辟许多途径，并有助于回答一些有关宇宙的重大问题。"黑洞和 SMBH 可能是宇宙中最有趣的东西。很难解释它们为什么存在，但它们确实存在。我们希望这项工作能帮助我们揭开宇宙最大的神秘面纱之一。编译自/scitechdaily ... PC版： 手机版：