远古耀斑的回声：天文学家揭秘银河系的"安静怪物"Sgr A*

远古耀斑的回声：天文学家揭秘银河系的"安静怪物"Sgr A* Sgr A*是距离地球最近的超大质量黑洞，距离地球26000光年。由于黑洞强大的引力，研究附近的环境非常困难。它扭曲了附近天体的视线，使它们难以被观测到。不过，通过观察黑洞耀斑对附近分子云的影响，还是有办法做到这一点的。天文学家最近发现了数百年前未知耀斑的回声，这些耀斑早在有望远镜观测之前就已经发生了。这些回声表明，Sgr A* 吞噬物质的频率相当高。密歇根州立大学研究员格蕾丝-桑格-约翰逊（Grace Sanger-Johnson）通过筛选十年来的 X 射线数据，从银河系中央超大质量黑洞Sgr A* 发现了九个以前未被发现的 X 射线耀斑。这张十多年前公布的 NASA 图像显示了一个 X 射线耀斑的例子。图片来源：NASA/JPL-Caltech密歇根州立大学的两位研究人员格雷斯-桑格-约翰逊和杰克-尤特详细研究了耀斑及其光回波。他们的发现表明，在非常遥远的过去，当Sgr A*摄取物质时，Sgr A*曾有过活动。该活动产生的X射线辐射从Sgr A*经过数百年的传播，反弹到附近的分子云并使其变亮。这产生的光回波又经过了大约26000年才到达地球。因此，当 Uteg 和 Sanger 研究这些耀斑和光回波时，他们实际上是在观察过去。利用 NuSTAR 搜寻 Sgr A* X 射线耀斑桑格-约翰逊分析了十年来的数据，寻找Sgr A*的饮食习惯所产生的X射线耀斑。在搜索过程中，她又发现了九次此类爆发的证据。耀斑通常非常引人注目。由于耀斑非常明亮，天文学家有机会研究黑洞周围的直接环境。桑格-约翰逊研究的数据来自NuSTAR 任务。它的目标是高能 X 射线和伽马射线辐射。这些辐射通常来自星系中心的活跃区域、超新星爆炸和其他活跃事件。桑格-约翰逊收集和分析的数据现已成为Sgr A耀斑的数据库。"我们希望通过建立这个Sgr A耀斑数据银行，我们和其他天文学家能够分析这些X射线耀斑的特性，并推断出超大质量黑洞极端环境内部的物理条件，"桑格-约翰逊说。天文学家确实从其他观测中了解到 Sgr A* 星的爆发。这是美国国家航空航天局的成像 X 射线极化探测器和钱德拉 X 射线天文台的观测结果。IXPE和钱德拉数据的结合帮助研究人员确定，在分子云中发现的X射线光来自人马座A*大约200年前的一次爆发。资料来源：钱德拉：NASA/CXC/SAO；IXPE：NASA/MSFC/F.Marin et al; Sonification Credit: NASA/CXC/SAO/K.Arcand, SYSTEM Sounds (M. Russo, A. Santaguida)追踪耀斑的回声在桑格-约翰逊研究NuSTAR数据的同时，本科生研究员杰克-尤特格（Jack Uteg）也在研究黑洞周围的活动。他分析了一个被称为"桥"的巨型分子云20年来的数据。这些数据来自NuSTAR和欧洲航天局XMM-牛顿天文台的观测。桥"靠近 Sgr A*，通常不会发出自己的光。因此，当它在X射线中变亮时，天文学家们就注意到了。他说："我们看到的亮度很可能是Sgr A*去X射线爆发的延迟反射。我们在 2008 年左右首次观测到亮度的增加。然后，在接下来的12年里，来自大桥的X射线信号持续增加，直到2020年达到峰值亮度。"Uteg 的工作帮助天文学家确定了 Sgr A* 在 X 射线中比现在亮大约五个数量级。这种变亮表明我们的中央超大质量黑洞很可能吞噬了附近的气体云，亮度还揭示了其他特性。他说："我们关注这团气体云变亮的一个主要原因是，它能让我们确定过去 Sgr A* 爆发的亮度。"NuSTAR 航天器示意图，该航天器有一根 30 英尺（10 米）长的桅杆，将光学模块（右）与焦平面上的探测器（左）隔开。这种分隔对于探测 X 射线的方法来说是必要的。资料来源：NASA/JPL-加州理工学院Sgr A*的光回声揭示了什么？得益于它们的工作，天文学家有了另一种方法来解决在黑洞周围观测的困难。她说："耀斑和焰火都能照亮黑暗，帮助我们观测到通常无法观测到的东西。这就是为什么天文学家需要知道这些耀斑发生的时间和地点，这样他们就可以利用这些光来研究黑洞的环境。"天文学家们知道黑洞会不定期地吞噬附近的物质，但这些发现有助于他们确定黑洞吞噬物质的频率，以及由此产生的耀斑对附近邻域的影响。MSU 助理教授张硕（Shuo Zhang）是这两项研究的团队负责人，他表示，关于这些耀斑发生的频率以及过去发生过多少耀斑，还有很多问题。张说："这是我们第一次为我们的超大质量黑洞周围的分子云构建了一个长达24年的变异性，这个分子云已经达到了它的X射线光度峰值。它使我们能够了解到 Sgr A* 在大约 200 年前的活动情况。我们在MSU的研究团队将继续这种'天体考古游戏'，进一步揭开银河系中心的神秘面纱。"MSU 团队的这些工作成果在美国天文学会 2024 年夏季会议上做了介绍。改编自最初发表在《今日宇宙》上的一篇文章。编译来源：ScitechDaily ... PC版： 手机版：

翘速前进：天文学家解释银河系中心黑洞弯曲时空的方式

翘速前进：天文学家解释银河系中心黑洞弯曲时空的方式 这幅艺术家绘制的插图显示了银河系中心超大质量黑洞和周围物质的横截面。中心的黑色球体代表黑洞的事件穹界，也就是不归点，任何东西，甚至光，都无法从这里逃逸。从侧面看旋转的黑洞，如图所示，周围的时空形状就像一个美式足球。两侧的黄橙色物质代表围绕黑洞旋转的气体。这些物质不可避免地向黑洞坠落，一旦落入足球形状的内部，就会穿过事件穹界。因此，足球形状内、事件视界外的区域被描绘成一个空腔。蓝色圆球表示从旋转黑洞两极射出的喷流。图片来源：NASA/CXC/M.Weiss天文学家称这个巨大的黑洞为人马座 A*（简称 Sgr A*），它距离地球约 26000 光年，位于银河系的中心。黑洞有两个基本特性：质量（重量）和自旋（旋转速度）。确定这两个值中的任何一个，都能让科学家们对任何黑洞及其行为方式了如指掌。自旋测量技术一个研究小组采用了一种新方法，利用 X 射线和无线电数据，根据物质流向和流出黑洞的方式来确定 Sgr A* 的旋转速度。他们发现Sgr A*的旋转角速度即每秒的旋转圈数约为最大可能值的60%，而这是由于物质的运动速度无法超过光速而设定的极限。过去，不同的天文学家使用不同的技术对Sgr A*的旋转速度进行了其他一些估计，结果从Sgr A*完全不旋转到几乎以最大速度旋转不等。新研究的第一作者、宾夕法尼亚州立大学的露丝-戴利（Ruth Daly）说："我们的工作可能有助于解决银河系超大质量黑洞的旋转速度问题。结果表明，Sgr A* 的旋转速度非常快，这很有趣，而且影响深远。"人马座 A* 及其周围区域的钱德拉 X 射线图像。资料来源：NASA/CXC/威斯康星大学/Y.Bai, et al.快速旋转的影响旋转的黑洞在旋转时会拉动"时空"（时间和三维空间的组合）和附近的物质。旋转黑洞周围的时空也会被压扁。从顶部俯视黑洞，沿着黑洞产生的任何喷流桶，时空都是一个圆形。然而，从侧面看旋转的黑洞，时空的形状就像一个足球。旋转速度越快，足球就越扁平。黑洞的自旋可以作为一种重要的能量来源。旋转的超大质量黑洞在提取其自旋能量时会产生准直外流，即狭窄的物质束，如喷流，这就要求黑洞附近至少有一些物质。由于 Sgr A* 周围的燃料有限，这个黑洞近千年来一直相对安静，喷流也相对较弱。然而，这项研究表明，如果斯格拉A*附近的物质数量增加，这种情况可能会改变。人马座 A* 的未来"旋转的黑洞就像发射台上的火箭，"来自加拿大温尼伯马尼托巴大学的合著者宾尼-塞巴斯蒂安说。"一旦物质足够接近，就好像有人给火箭加满了燃料，然后按下了'发射'按钮"。这意味着，将来如果黑洞附近物质的性质和磁场强度发生变化，黑洞自旋的巨大能量的一部分可能会驱动更强大的外流。这种源物质可能来自气体，也可能来自被黑洞引力撕裂的恒星残骸，如果该恒星游荡得离斯格拉A*太近的话。来自密歇根州立大学的合著者梅根-多纳休（Megan Donahue）说："一个星系旋转的中心黑洞所产生的喷流会深刻影响整个星系的气体供应，从而影响恒星形成的速度，甚至影响恒星是否能够形成。在银河系黑洞周围的X射线和伽马射线中看到的'费米气泡'表明，黑洞在过去可能是活跃的。测量我们黑洞的自旋是对这种情况的重要检验。"为了确定 Sgr A* 的自旋，作者使用了一种基于经验的理论方法，即"外流法"，该方法详细说明了黑洞的自旋与其质量、黑洞附近物质的特性以及外流特性之间的关系。准直外流产生无线电波，而黑洞周围的气体盘则产生 X 射线辐射。利用这种方法，研究人员将钱德拉和 VLA 的数据与其他望远镜对黑洞质量的独立估计结合起来，对黑洞的自旋进行了约束。合著者之一、加拿大蒙特利尔麦吉尔大学的 Anan Lu 说："我们对 Sgr A* 有特殊的看法，因为它是离我们最近的超大质量黑洞。虽然它现在很安静，但我们的工作表明，未来它将对周围的物质产生无比强大的冲击力。这可能发生在一千年或一百万年后，也可能发生在我们有生之年。"银河系中心的超大质量黑洞正在飞速旋转，以至于它把周围的时空扭曲成一个看起来像美式足球的形状。这一结果是利用美国宇航局钱德拉 X 射线天文台（太空中的 X 射线望远镜）和美国国家科学基金会甚大阵列（位于新墨西哥州的射电望远镜阵列）的数据得出的。资料来源：NASA/CXC/A.霍巴特描述这些结果的论文由露丝-戴利（Ruth Daly）领衔撰写，发表在 2024 年 1 月出版的《英国皇家天文学会月刊》（Monthly Notices of the Royal Astronomical Society）上。 ... 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：

甚大望远镜发布人马座C的最新图片 靠近银河系中心黑洞

甚大望远镜发布人马座C的最新图片 靠近银河系中心黑洞 日前由欧洲南方天文台运营的甚大望远镜 (Very Large Telescope，位于智利) 发布了一张银河系中心附近的新图片。这张图片的区域是在人马座 C，不过这里靠近银河系中心黑洞 (即人马座 A*)，所以有密密麻麻的恒星被银心黑洞吸引聚集在这里。 PC版： 手机版：

打破银河系的信仰：天文学家在银河系中发现令人惊讶的磁场结构

打破银河系的信仰：天文学家在银河系中发现令人惊讶的磁场结构 有些人可能会对磁场的存在感到惊讶，因为磁场的规模比地球还大。我们日常接触到的磁场大多是把东西粘在冰箱上，或者用指南针指北。后者显示了我们的星球所产生的磁场的存在。我们的太阳也会产生巨大的磁场，这会影响到太阳耀斑等现象。但是，横跨整个银河系的磁场几乎大得难以理解，但它们很可能在恒星和行星的形成过程中发挥了作用。地球科学与天文学系助理教授土井康夫（Yasuo Doi）说："到目前为止，对银河系内部磁场的所有观测都是在一个非常有限的模型内进行的，这个模型是均匀一致的，并且在很大程度上与银河系本身的圆盘形状相匹配。广岛大学的望远镜设备能够测量偏振光，帮助我们确定磁场特征，而欧洲航天局于2013年发射的盖亚卫星专门测量恒星的距离，这在一定程度上帮助我们建立了一个具有更精细三维细节的更好的模型。聚焦于一个特定区域，即我们螺旋星系的人马座臂（我们位于邻近的猎户座臂），发现那里的主导磁场明显偏离星系平面。"叠加在这张银河系人马座臂图像上的白线显示了光的偏振或方向。这与当地磁场线的方向相关。结合这些信息，就能绘制出银河系该臂的详细磁场图。资料来源：2023 Doi et al.以前的模型和观测只能想象银河系中存在一个平滑且基本均匀的磁场；而新的数据显示，虽然旋臂中的磁场线在大尺度上与银河系大致对齐，但在小尺度上，由于超新星和恒星风等各种天体物理现象的影响，这些磁场线实际上分散在不同的距离上。银河系的磁场也非常弱，比地球自身的磁场弱约 10 万倍。尽管如此，在很长一段时间内，星际空间中的气体和尘埃都会被这些磁场加速，这就解释了为什么会出现一些单靠引力无法解释的恒星苗圃恒星形成区。这一发现意味着进一步绘制银河系内的磁场图有助于更好地解释银河系和其他星系的性质和演变。Doi 说："我个人对恒星形成的基础过程非常感兴趣，这一过程对于创造生命（包括我们自己）至关重要。目标是进一步观测并建立更好的银河磁场结构模型。这项工作旨在通过观测深入了解银河系内助长活跃恒星形成的气体积累及其历史发展"。编译来源：ScitechDaily ... PC版： 手机版：

中国科学家发现银河系比想象中更大

中国科学家发现银河系比想象中更大 中国科学家近日利用 APOGEE 近红外恒星光谱巡天数据分析，首次重构了银河系从内到外完整的恒星径向密度分布，直接测量结果显示 “银河系比之前假定的更大”。相关研究成果已发表在国际权威学术期刊《自然・天文学》上。（新华社）