耀眼的超大质量黑洞对周围环境的影响并没有达到人们的预期

耀眼的超大质量黑洞对周围环境的影响并没有达到人们的预期 包括艾伯利家族天文学和天体物理学讲座教授、宾夕法尼亚州立大学物理学教授 W. Niel Brandt 在内的研究小组在《皇家天文学会月刊》（Monthly Notices of the Royal Astronomical Society）上发表了一篇介绍这些成果的论文。这项研究利用美国国家航空航天局钱德拉 X 射线天文台（NASA's Chandra X-ray Observatory）的数据，研究了距离地球最近的一颗类星体。这颗类星体被称为 H1821+643，距离地球约 34 亿光年，位于一个星系团中。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。Brandt说："我一直希望利用钱德拉的敏锐视力更好地研究这颗非凡的类星体。我怀疑这个类星体的"叫声"比它的"咀嚼声"更可怕也就是说，它令人印象深刻的烟火表演并不意味着它对环境也有同样深刻的影响。我很高兴我们坚定的决心最终得到了回报，证实了我的猜测！"这张图片的中心是类星体 H1821+643，这是一个快速增长的超大质量黑洞，天文学家发现，尽管它产生了强烈的辐射，并且从甚大阵列的射电数据（红色）中可以看到粒子喷流，但它的表现并不尽如人意。H1821+643 位于一个星系团的中央，周围环绕着大量炽热的气体，蓝色是钱德拉望远镜通过 X 射线探测到的。类星体周围热气的高温和高密度表明，这个黑洞对其宿主星系的影响比其他星系团中的许多同类黑洞要弱。H1821+643是星系团中距离地球最近的类星体。它距离地球 34 亿光年，在类星体的距离上，图像的宽度约为 100 万光年。图片来源：X射线NASA/CXC/Univ. of Nottingham/H.Russell et al：NSF/NRAO/VLA；图像处理：NASA/CXC/SAO/N.Wolk大多数成长中的超大质量黑洞吸积物质的速度都不如类星体快。天文学家通过观测星系团中心的黑洞，研究了这些更常见黑洞的影响。这类黑洞的定期爆发会阻止它们所蕴含的大量过热气体冷却下来，从而限制了宿主星系中恒星的形成数量，以及有多少燃料被输送到黑洞中。至于星系团中的类星体对其周围环境的影响有多大，我们就知之甚少了。领导这项新研究的英国诺丁汉大学的海伦-拉塞尔（Helen Russell）说："我们发现，我们研究中的类星体似乎已经放弃了生长较慢的黑洞所施加的大部分控制。黑洞的胃口与其影响力并不匹配"。"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，由于类星体发出的X射线很亮，因此很难研究热气体发出的较弱的X射线。哈佛大学天体物理学中心和史密森尼学会的合著者保罗-努尔森说："我们必须小心翼翼地去除X射线眩光，以揭示黑洞的影响。然后我们就可以看到，它实际上对周围环境的影响很小。"气体动力学和对未来的影响研究小组发现，星系中心黑洞附近的气体密度要比较远区域的气体密度高得多，气体温度也低得多。科学家们预计，当几乎没有能量源（通常是黑洞爆发的能量）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。"与星系团中心的大多数其他黑洞相比，这个巨型黑洞产生的热量要少得多，"合著者、英国开放大学的露西-克莱斯说，"这使得高温气体能够迅速冷却下来，形成新的恒星，同时也成为黑洞的燃料源。"研究人员确定，每年相当于太阳质量约3000倍的热气体正在冷却，以至于在X射线中已经看不到了。这种快速冷却可以轻松地为宿主星系中每年观察到的120个太阳质量的新恒星的形成提供足够的物质，也可以为黑洞每年消耗的40个太阳质量的恒星提供足够的物质。研究小组还研究了类星体的辐射直接导致星团高温气体冷却的可能性。这涉及到类星体发出的光子与高温气体中的电子发生碰撞，导致光子能量增加，电子失去能量而冷却下来。研究小组的研究表明，在包含 H1821+643 的星团中很可能发生了这种冷却，但这种冷却太微弱，无法解释所看到的大量气体冷却。合著者、诺丁汉大学的托马斯-布拉本（Thomas Braben）说："虽然这个黑洞可能因为没有向其环境中注入热量而表现不佳，但目前的状态很可能不会永远持续下去。最终，黑洞的快速燃料摄入应该会增加其喷流的功率，并强烈加热气体。届时，黑洞及其星系的增长速度应该会大幅放缓"。编译自:ScitechDaily ... PC版： 手机版：

韦伯望远镜的"红外之眼"以生动的细节揭示黑洞奥秘

韦伯望远镜的"红外之眼"以生动的细节揭示黑洞奥秘 这幅詹姆斯-韦伯太空望远镜拍摄的类星体 RX J1131-1231 的图像突出显示了引力透镜的作用，它放大了类星体，从而可以对其特性和周围的暗物质进行详细研究。X 射线辐射表明黑洞正在快速旋转，很可能是由于星系合并造成的。资料来源：ESA/Webb、NASA & CSA、A. Nierenberg它被认为是迄今为止发现的透镜效果最好的类星体之一，因为前景星系将背景类星体的图像涂抹成了一个明亮的弧形，并形成了该天体的四幅图像。引力透镜最早是由爱因斯坦预测的，它提供了一个难得的机会来研究遥远类星体中靠近黑洞的区域，它就像一个天然望远镜，可以放大这些光源发出的光。宇宙中的所有物质都会扭曲自身周围的空间，质量越大，产生的影响就越大。在质量非常大的天体（如星系）周围，经过附近的光线会沿着这种扭曲的空间移动，看起来会明显偏离原来的轨迹。引力透镜的后果之一是它可以放大遥远的天体，让天文学家研究那些原本过于暗淡或遥远的天体。詹姆斯-韦伯太空望远镜（James Webb Space Telescope）拍摄到了位于 60 亿光年之外的类星体 RX J1131-1231 的图像，展示了引力透镜的效果，将遥远的类星体放大成一个明亮的弧线和多幅图像。图片来源：ESA/Webb、NASA & CSA、A. Nierenberg对类星体发出的 X 射线进行测量，可以显示中心黑洞的旋转速度，这为研究人员提供了有关黑洞如何随时间增长的重要线索。例如，如果黑洞主要是通过星系间的碰撞和合并成长起来的，那么它应该在一个稳定的圆盘中积累物质，而来自圆盘的新物质的稳定供应应该会导致黑洞快速旋转。另一方面，如果黑洞是通过许多小的吸积事件成长起来的，它就会从随机的方向积累物质。观测结果表明，这个特殊类星体中的黑洞旋转速度超过光速的一半，这表明这个黑洞是通过合并而生长的，而不是从不同方向吸积物质。这张照片是用韦伯望远镜的中红外成像仪（MIRI）拍摄的，是暗物质研究观测计划的一部分。暗物质是一种看不见的物质，占宇宙质量的大部分。韦伯望远镜对类星体的观测使天文学家能够以前所未有的小尺度探测暗物质的性质。编译自/ScitechDaily ... PC版： 手机版：

MIT天文学家从早期类星体中捕捉到难以捉摸的星光

MIT天文学家从早期类星体中捕捉到难以捉摸的星光 类星体是活动星系炽热明亮的中心，其核心是一个贪得无厌的超大质量黑洞。大多数星系都有一个中心黑洞，它可能会不时地捕食气体和恒星碎片，当物质向黑洞涌入时，就会以发光环的形式产生短暂的爆发光。相比之下，类星体的运行规模则不同。它们可以在更长的时间内消耗大量物质，产生极其明亮和持久的光环事实上，类星体是宇宙中最亮的天体之一。由于类星体非常明亮，所以它们的光芒要比所在星系的其他部分更加耀眼。但是，麻省理工学院的研究小组首次观测到了三颗古老类星体的宿主星系中恒星发出的微弱得多的光。根据这种难以捉摸的恒星光，研究人员估算出了每个宿主星系的质量与其中心超大质量黑洞的质量。他们发现，与现代类星体相比，这些类星体的中央黑洞相对于其宿主星系的质量要大得多。詹姆斯-韦伯望远镜拍摄的照片显示了红色圈内的 J0148 类星体。两个插页上显示的是中心黑洞，下显示的是宿主星系的恒星辐射。图片来源：研究人员提供；美国宇航局最近发表在《天体物理学杂志》上的这一发现，可能会揭示出最早的超大质量黑洞是如何在相对较短的宇宙时间内成长为如此巨大的黑洞的。特别是，与现代黑洞相比，那些最早的怪物黑洞可能是从质量更大的"种子"中萌发出来的。"宇宙诞生后，出现了一些种子黑洞，然后吞噬物质，在很短的时间内成长起来，"研究报告的作者、麻省理工学院卡弗里天体物理学和空间研究所博士后岳明浩说。"其中一个最大的问题就是要了解这些怪物黑洞是如何长得如此之大、如此之快的。""这些黑洞的质量是太阳的数十亿倍，而此时宇宙还处于萌芽阶段，"研究报告的作者、麻省理工学院物理学助理教授安娜-克里斯蒂娜-艾勒斯说。"我们的研究结果意味着，在宇宙早期，超大质量黑洞可能比它们的宿主星系更早获得质量，最初的黑洞种子可能比今天的质量更大。"Eilers和Yue的合著者包括麻省理工学院卡弗里主任罗伯特-西姆科（Robert Simcoe）、麻省理工学院哈勃研究员和博士后罗汉-奈杜（Rohan Naidu），以及瑞士、奥地利、日本和北卡罗来纳州立大学的合作者。自 20 世纪 60 年代天文学家首次发现类星体以来，类星体的极高亮度就显而易见了。当时他们假设类星体的光来自一个类似恒星的"点光源"。科学家将这些天体命名为"类星体"，是"准恒星"的谐音。自首次观测以来，科学家们已经意识到类星体实际上并非源自恒星，而是由位于星系中心的强大而持久的超大质量黑洞吸积产生的。要把类星体中央黑洞发出的光与宿主星系恒星发出的光分离开来，是一项极具挑战性的工作。这项任务有点像分辨中央巨大探照灯周围的一大片萤火虫。但近年来，随着美国宇航局詹姆斯-韦伯太空望远镜（JWST）的发射，天文学家们有了更好的机会来完成这项任务。JWST能够窥探到更久远的时间，其灵敏度和分辨率也比现有的任何天文台都要高得多。在他们的新研究中，Yue 和 Eilers 利用 JWST 的专用时间观测了六颗已知的古老类星体，从 2022 年秋天到第二年春天间歇性地进行观测。研究小组总共对这六个遥远的天体进行了 120 多个小时的观测。"类星体的亮度要比它的宿主星系高出几个数量级。而以前的图像不够清晰，无法分辨宿主星系及其所有恒星的样子，"Yue 说。"现在，通过非常仔细地模拟 JWST 对这些类星体的更清晰的图像，我们第一次能够揭示这些恒星发出的光。"研究小组评估了 JWST 收集的六颗遥远类星体的成像数据，他们估计这六颗类星体的年龄约为 130 亿年。这些数据包括每个类星体不同波长光线的测量值。研究人员将这些数据输入到一个模型中，该模型可以计算出这些光中有多少可能来自一个紧凑的"点光源"，比如中央黑洞的吸积盘，而有多少可能来自一个更加弥散的光源，比如来自宿主星系周围散射恒星的光。通过这种建模，研究小组将每颗类星体的光分成两部分：来自中央黑洞发光盘的光和来自宿主星系较分散恒星的光。这两种光源的光量反映了它们的总质量。研究人员估计，对于这些类星体来说，中心黑洞的质量与宿主星系的质量之比约为 1:10。他们意识到，这与今天1:1,000的质量平衡形成了鲜明对比，在这种情况下，新近形成的黑洞与其宿主星系相比质量要小得多。"这告诉了我们一些关于什么最先生长的信息：是黑洞先生长，然后星系跟上？还是星系及其恒星首先生长，它们主导并调节黑洞的生长？"埃勒斯解释道。"我们看到，早期宇宙中的黑洞似乎比其宿主星系生长得更快。这初步证明，最初的黑洞种子当时可能质量更大。"Yue补充说："在最初的10亿年里，一定有某种机制使黑洞比宿主星系更早获得质量。这是我们看到的第一个证据，令人兴奋"。编译来源：ScitechDaily ... PC版： 手机版：

欧空局XMM-牛顿号天文望远镜探测到黑洞风阻碍了恒星的形成

欧空局XMM-牛顿号天文望远镜探测到黑洞风阻碍了恒星的形成 这幅艺术家的作品展示了从马卡里安 817 星系中心喷出的超高速风。这些风以每小时数百万公里的速度从广阔的太空区域中清除星际气体。没有了这些气体，星系就无法形成新的恒星，星系中心的黑洞也就没有什么可吃的了。图片来源：欧空局每个大星系的中心都有一个超大质量黑洞，它巨大的引力从周围吸入气体。当气体向内盘旋时，会在黑洞周围形成一个扁平的"吸积盘"，并在那里发热和发光。随着时间的推移，最靠近黑洞的气体越过了不归点，被吞噬殆尽。然而，黑洞只会吞噬一部分向其旋转的气体。在环绕黑洞的过程中，一些物质会被甩回太空，就像一个蹒跚学步的孩子会把盘子里的东西打翻一样。在更戏剧性的情况下，黑洞会把整个餐桌掀翻：吸积盘中的气体以极快的速度向四面八方飞散，以至于周围的星际气体都被清空了。这不仅剥夺了黑洞的食物，还意味着在大片区域内无法形成新的恒星，从而改变了星系的结构。耀眼的蓝色恒星环绕着这个螺旋星系明亮、活跃的核心。它被称为马卡里安 817，位于 4.3 亿光年外的天龙座北部。在远离中心的地方，这个星系显示出强烈的恒星形成区，以及沿着旋臂的星际尘埃暗带。银河系中心的怪兽黑洞的质量是太阳的 4000 万倍。它被一个巨大的物质圆盘包围着，超大质量黑洞正以每小时数百万公里的速度向太空喷射物质。这可以从银河系中心闪耀的明亮白光中看到。这张 NASA/ESA 哈勃太空望远镜图片是 2009 年 8 月 2 日用广角相机 3 拍摄的。图片来源：NASA、ESA 和哈勃 SM4 ERO 小组前所未有的观察在此之前，这种超快的"黑洞风"只在极其明亮的吸积盘中被探测到，因为吸积盘吸积物质的能力已经达到极限。这一次，XMM-牛顿在一个非常普通的星系中探测到了超快的风，可以说它"只是在吃零食"。"如果把风扇开到最大，你可能会预料到风速会非常快。在我们研究的这个名为马尔卡里安817的星系中，风扇的功率设置较低，但仍然产生了能量惊人的风。"本科生研究员米兰达-扎克（密歇根大学）指出，她在这项研究中发挥了核心作用。"观测到超高速风是非常罕见的，而探测到具有足够能量来改变其宿主星系特征的风就更少见了。马尔卡里安817在并不特别活跃的情况下，产生这些风的时间长达一年左右，这一事实表明，黑洞对其宿主星系的重塑可能远远超出人们的想象，"合著者、意大利罗马特雷大学天文学家埃利亚斯-卡蒙（Elias Kammoun）补充说。XMM-牛顿（X-射线多镜任务）太空望远镜的艺术效果图。图片来源：D. Ducros; ESA/XMM-Newton, CC BY-SA 3.0 IGO被风阻挡的 X 射线活跃的星系中心会发出包括 X 射线在内的高能量光线。马卡里安 817 让研究人员眼前一亮，因为它变得异常安静。米兰达利用美国宇航局的斯威夫特天文台观测了这个星系："X射线信号如此微弱，以至于我确信自己做错了什么！"利用欧空局更灵敏的X射线望远镜XMM-牛顿进行的后续观测揭示了真实情况：来自吸积盘的超高速风就像一块裹尸布，挡住了从黑洞周围（称为日冕）发出的X射线。这些测量结果得到了美国宇航局NuSTAR望远镜观测结果的支持。对 X 射线测量结果的详细分析显示，马尔卡里安 817 的中心并没有发出一"股"气体，而是在吸积盘的广大区域内产生了一股狂风。这股风暴持续了数百天，至少由三种不同的成分组成，每种成分的运动速度都是光速的几分之一。这幅艺术家的作品展示了从马卡里安 817 星系中心喷出的超高速风。这些风以每小时数百万公里的速度从广阔的太空区域中清除星际气体。没有了这些气体，星系就无法形成新的恒星，星系中心的黑洞也就没有什么可吃的了。插图显示了银河系中心的情况。一个超大质量黑洞从周围吸入气体，形成一个炙热、明亮的"吸积盘"（橙色）。造成风（白色）的原因是圆盘内的磁场，它以难以置信的高速将粒子抛向四面八方。这些风有效地阻挡了黑洞周围极热等离子体（称为日冕）发出的 X 射线（蓝色）。这解决了我们在理解黑洞和黑洞周围星系如何相互影响方面的一个未解之谜。包括银河系在内的许多星系，其中心周围似乎都有大片区域，但在这些区域中却很少有新恒星形成。这可以用黑洞风清除恒星形成气体来解释，但这只有在黑洞风的速度足够快、持续时间足够长，并且是由具有典型活动水平的黑洞产生的情况下才可行。"黑洞研究中的许多悬而未决的问题都需要通过长时间的观测来捕捉重要事件。这凸显了XMM-牛顿任务对未来的极端重要性。"欧空局XMM-牛顿项目科学家诺伯特-沙特尔（Norbert Schartel）说："没有其他任务能够将高灵敏度和长时间、不间断观测的能力结合起来。"编译来源：ScitechDaily ... PC版： 手机版：

韦布望远镜定格最遥远黑洞合并事件

韦布望远镜定格最遥远黑洞合并事件 访问：NordVPN 立减 75% + 外加 3 个月时长 另有NordPass密码管理器 天文学家已在宇宙中的很多大质量星系（包括银河系）内，发现了超大质量黑洞。这些黑洞的质量是太阳质量的数百万到数十亿倍，很可能对其所在星系的演化产生重大影响。但对于这些黑洞是如何变得如此巨大，科学家仍然缺乏充分了解。在最新研究中，韦布空间望远镜为早期宇宙中黑洞的生长提供了新线索。最新研究主要作者、剑桥大学的汉娜·乌伯勒解释道，拥有活跃吸积物质的大质量黑洞具有独特的光谱特征，天文学家可以识别它们。但对于非常遥远的星系，比如最新研究中的星系，这些特征从地面无法观测到，只有韦布空间望远镜才能捕捉到。借助韦布空间望远镜，乌伯勒等人在黑洞附近发现了快速运动的稠密气体，以及由黑洞在吸积过程中通常会产生的高温和高度电离气体，为两个星系及其大质量黑洞正在合并提供了证据。最新发现表明，合并是黑洞快速生长的重要途径，即使在宇宙黎明时期也是如此，大质量黑洞从一开始就在塑造星系的进化。 ... PC版： 手机版：

第一张附近类星体 I Zwicky 1 的流出物分布图

第一张附近类星体 I Zwicky 1 的流出物分布图 这幅艺术家的作品展示了位于半人马座（The Centaur）南部活动星系 NGC 3783 中心的超大质量黑洞的周围环境。利用欧洲南方天文台智利帕拉纳尔天文台的甚大望远镜干涉仪进行的新观测不仅揭示了黑洞周围的热尘埃环，还揭示了极区的冷物质风。图片来源：ESO/M.Kornmesser包括银河系在内的大多数星系的中心都有一个超大质量黑洞。它们通常重达数百万个太阳质量。它们中的许多一直潜伏在漆黑的太空中，几乎没有任何线索。不过，有些黑洞的附近有大量的物质沉积，它们可以以此为食。这使它们的附近变成了一个明亮的灯塔，照亮了整个星系。由于它们体积小巧，与地球距离遥远，这些活动星系核看起来就像一个个明亮的小点，就像银河系的恒星一样。这也是它们在历史上被归类为准恒星天体（类星体）的原因。大多数类星体都位于遥远的宇宙早期，但 I Zwicky 1 相对较近，距离地球不到 10 亿光年。这为天文学家研究类星体的极端条件提供了一个便利的实验室。由 Anna Juráňová（SRON）领导的天文学家小组，包括 Elisa Costantini（SRON），现在首次绘制出了它的流出图。他们利用哈勃太空望远镜，复原了四个电离气体云外流的特性，它们分别以每秒 60 公里、280 公里、1950 公里和 2900 公里的速度被吹出。"I Zwicky 1 的特性非常特别，"尤拉诺娃说。"其他类星体也有类似的流出，但在这颗类星体中，一切都恰到好处。我们的观测角度、光谱线的宽度等等。这让我们能够更深入地挖掘其过程。我们绘制了类星体中电离气体运动的全貌，这是非常罕见的。"研究小组发现，其中一个外流被困在另一个外流的阴影中。这是因为类星体的强烈辐射将气体云向外推，使其远离黑洞附近。气体云中的氮、氧和碳等元素的离子吸收了类星体的紫外线，因此被推开。I Zwicky 1 是距离我们最近的类星体，它提供了这一机制发挥作用的具体证据。I Zwicky 1周围的环境似乎比天文学家经常在附近的超大质量黑洞周围看到的更有活力。尤拉诺娃"我们的数据表明，有更多的气体从黑洞周围的圆盘中被提升和吹出。有了这样的洞察力，我们就更接近于揭开这些超大质量黑洞的生长方式及其与周围环境的相互作用"。编译来源：ScitechDaily ... PC版： 手机版：