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：

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：

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：

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：

天文学家发现最亮的类星体J059-4351 由每天吞噬一个太阳的超大质量黑洞驱动

天文学家发现最亮的类星体J059-4351 由每天吞噬一个太阳的超大质量黑洞驱动 这幅艺术家印象图显示的是破纪录的类星体 J059-4351，它是一个遥远星系的明亮核心，由一个超大质量黑洞驱动。通过使用欧洲南方天文台位于智利的甚大望远镜（VLT），我们发现这个类星体是迄今为止已知的宇宙中最亮的天体。从这里可以看到，这个超大质量黑洞正在吸积周围的物质，它的质量是太阳的 170 亿倍，并且每天以相当于一个太阳的速度在增长，这使它成为有史以来已知的增长速度最快的黑洞。图片来源：ESO/M.科恩梅瑟类星体是遥远星系的明亮核心，由超大质量黑洞驱动。这颗破纪录的类星体中的黑洞质量每天以相当于一个太阳的速度增长，是迄今为止增长速度最快的黑洞。类星体的黑洞从周围环境中收集物质，这个过程能量巨大，会发出大量的光。因此，类星体是我们天空中最亮的一些天体，也就是说，从地球上甚至可以看到遥远的类星体。一般来说，最亮的类星体代表着增长最快的超大质量黑洞。天文学家已经确定了迄今观测到的最亮类星体的特征，它是由增长最快的黑洞驱动的。这个黑洞的质量每天以相当于一个太阳的速度增长。被拉向这个黑洞的物质形成了一个直径为 7 光年的圆盘大约是太阳到海王星轨道距离的 15000 倍。资料来源：欧洲南方天文台"我们发现了迄今所知增长最快的黑洞。它的质量为170亿个太阳，每天吃掉一个以上的太阳。"澳大利亚国立大学（ANU）天文学家、今天发表在《自然-天文学》上的这项研究的第一作者克里斯蒂安-沃尔夫（Christian Wolf）说："这使它成为已知宇宙中最亮的天体。这颗类星体被称为 J0529-4351，距离地球非常遥远，它的光需要 120 多亿年才能到达我们这里。"J0529-4351发出的能量是太阳的500万亿倍。"所有这些光都来自一个直径达7光年的热吸积盘这一定是宇宙中最大的吸积盘，"ANU博士生兼合著者塞缪尔-赖（Samuel Lai）说。7光年大约是太阳到海王星轨道距离的15000倍。这张图片显示了破纪录的类星体 J0529-4351 所在的天空区域。通过使用欧洲南方天文台（ESO）位于智利的甚大望远镜（VLT），我们发现这颗类星体是迄今为止已知的宇宙中最亮的天体。这张照片是根据数字化巡天 2 的部分图像制作的，插图显示了暗能量巡天图像中类星体的位置。图片来源：ESO/数字化巡天 2/暗能量巡天而且，令人惊讶的是，这个破纪录的类星体竟然隐藏在众目睽睽之下。"直到今天，它仍然不为人知，而我们之前已经知道了多余一百万个不那么令人印象深刻的类星体。"合著者、澳大利亚国立大学天文学家克里斯托弗-昂肯（Christopher Onken）说。这个天体早在1980年就出现在ESO施密特南天巡天的图像中，但直到几十年后才被确认为类星体。寻找类星体需要从大面积天空中获取精确的观测数据。由此产生的数据集非常庞大，研究人员通常使用机器学习模型来分析这些数据集，并将类星体与其他天体区分开来。然而，这些模型是在现有数据的基础上训练出来的，这就把潜在的候选天体限制在了与已知天体相似的天体上。如果一个新的类星体比之前观测到的任何其他类星体都更亮，程序可能会拒绝它，而将其归类为距离地球不太遥远的恒星。这幅艺术家印象图显示的是类星体 J0529-4351，它是一个遥远星系的明亮核心，由一个超大质量黑洞驱动。图片来源：ESO/M.Kornmesser此前来自欧洲航天局盖亚卫星的数据进行的自动分析认为J0529-4351太亮，不可能是类星体，而认为它是一颗恒星。去年，研究人员利用澳大利亚赛丁泉天文台（Siding Spring Observatory）的ANU 2.3米望远镜进行观测，确定它是一颗遥远的类星体。然而，要发现它是迄今观测到的最亮的类星体，需要更大的望远镜和更精确的仪器进行测量。位于智利阿塔卡马沙漠的欧洲南方天文台 VLT上的 X-shooter 摄谱仪提供了至关重要的数据。这个迄今为止观测到的增长最快的黑洞也将成为欧洲南方天文台 VLT 干涉仪（VLTI）GRAVITY+ 升级的完美目标，该干涉仪旨在精确测量黑洞的质量，包括那些远离地球的黑洞。此外，欧洲南方天文台正在智利阿塔卡马沙漠建造的 39 米望远镜极大型望远镜（ELT），将使识别和描述这类难以捉摸的天体变得更加可行。这段视频将带领我们从银河系远眺天空，来到类星体 J0529-4351，这是一个遥远星系的明亮核心，位于 Pictor 星座方向。视频的最后是艺术家对这个破纪录天体的印象；其他所有画面都是真实的天文图像。图片来源：ESO/N.Risinger ()/Digitized Sky Survey 2/Dark Energy Survey/M.Kornmesser.音乐：Astral ElectronicAstral Electronic寻找和研究遥远的超大质量黑洞可以揭示早期宇宙的一些奥秘，包括它们及其宿主星系是如何形成和演化的。但这并不是沃尔夫寻找它们的唯一原因。他说："就我个人而言，我只是喜欢追逐的感觉。每天有几分钟的时间，我都会感觉自己又回到了孩提时代，玩着寻宝游戏，现在我把我从那时起学到的一切都带到了桌面上。"编译来源：ScitechDaily ... 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：