科学家计算出超大质量黑洞外流气体尺度

2019-02-11 16:37:09 来源: 《中国科学报》

图片来源:ESA 艺术家想象的超大质量黑洞吸积盘形成的高速气体外流。

见习记者 辛雨

超大质量黑洞产生的强大辐射可以将其周围气体电离,并吹向星际空间形成高速外流,对其所在星系造成影响。但受目前观测能力限制, 人们对外流高速气体的物理性质及其对星系演化的具体影响了解甚少。

1月28日,中国科学技术大学天文学系教授王挺贵和刘桂琳课题组在《自然—天文学》发表成果,他们利用光谱吸收线光变,首次得到超大质量黑洞所驱动高速气体的物理性质分布,证明高速外流气体有足够的能量影响星系演化。

超大质量的黑洞可以吸积周围物质(如尘埃、气体等密度很低的物质),形成围绕黑洞旋转的吸积盘。

“吸积盘产生强烈的多波段电磁辐射(功率超10万亿倍太阳光度),并对黑洞附近的气体产生巨大的推动力。因此,围绕黑洞‘打转’的气体又被‘推’出来。可以说黑洞是个很浪费‘粮食’的‘吃货’,浪费的食物比吃下去的还多。”该论文第一作者兼通讯作者、中国科学技术大学天文学系特任副研究员何志成向《中国科学报》介绍。

“推”出来的外流气体速度可达0.1倍光速,拥有巨大能量。“外流气体所携带的能量可能会将星系中的物质‘撞’出去,改变星系的质量,从而影响星系演化。”何志成说。

据何志成介绍,外流气体的尺度是理解外流起源及衡量其对星系环境影响的关键参数之一。然而,传统方法只能测量宽度较窄的光谱吸收线,对典型的宽吸收线外流气体束手无策。因此近30年来,科学家们仅测量了20多个外流气体的数据,其他典型气体数据还是未知。

与传统测量方法思路不同,研究人员另辟蹊径,从光谱光变的角度研究高速外流气体的性质。

当黑洞、外流气体及地球三点连成一条直线时,外流气体在光谱上表现为吸收线。研究人员用望远镜观看,确定了光谱吸收线光变的原因为黑洞吸积盘辐射光度的变化。接下来,利用吸收线光变探测率曲线,推导出外流气体对中心黑洞吸积盘辐射变化的响应时标分布。

“响应时标与密度成反比,由此我们最终确定了这些高速电离气体的密度分布,进而知道了气体的尺度和能量。”何志成表示。

利用此方法,结合美国斯隆数字巡天发布的光谱数据,研究人员首次给出大样本中近1000个外流气体的物理性质分布。确定了外流气体到中心黑洞的距离为数十光年量级,且能量超过黑洞吸积盘辐射的5%,足够影响星系的演化。

“我们证明了这些外流气体有足够的能力对其所在星系产生影响,但这些气体是否做了这件事,还需进一步验证。”何志成告诉《中国科学报》。

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