科學家發現超大質量黑洞爆發產生的宇宙化石
作者:娛樂 來源:知識 瀏覽: 【大 中 小】 發布時間:2025-12-10 08:21:51 評論數:
（主圖）插圖顯示了黑洞爆發時（上插圖）XMM-Newton在X射線中看到的NGC 4945（下插圖）可見光中的同一星系（圖片來源:uux.cn/美國國家航空航天局/JPL-加州理工學院/韋弗等人2024年，歐空局/XMM-Newton）
（神秘的現超地球uux.cn）據美國太空網（羅伯特·李）：美國國家航空航天局科學家觀察到一塊令人驚嘆的宇宙化石，它是大質洞爆500多萬年前一個超大質量黑洞爆發時產生的。
航天局戈達德太空飛行中心的量黑研究小組在美國國家航空航天局錢德拉X射線天文臺的幫助下，使用X射線多鏡任務（XMM-Newton）太空望遠鏡發現了X射線，發產這些X射線勾勒出了距離半人馬座1300萬光年的宇宙相對較近的螺旋星系NGC 4945中的冷氣體云。
當氣體從中心黑洞周圍爆發時，化石似乎已經撕裂了銀河系。科學中心黑洞的現超質量相當于大約160萬個太陽，目前以周圍的大質洞爆物質為食，為稱為活動星系核（AGN）的量黑明亮星系引擎提供動力。
這種超大質量黑洞形成的發產氣體是坍縮產生恒星的原材料。因此，宇宙這些發現可以幫助科學家更好地理解超大質量黑洞是化石如何影響其周圍環境并引導星系演化的。超大質量黑洞的科學質量可以增長到太陽的數十億倍。
“科學界正在就星系如何演化進行辯論。我們在幾乎所有銀河系大小的星系中心都發現了超大質量黑洞，一個懸而未決的問題是，與恒星形成的影響相比，它們的影響有多大，”戈達德天體物理學家兼團隊負責人金伯利·韋弗在一份聲明中說。研究NGC 4945這樣的鄰近星系有助于我們建立更好的恒星和黑洞如何產生星系變化的模型。我們認為NGC 4945正處于過渡期。"
一個活躍的恒星誕生星系
雖然大多數星系的中心都有一個超大質量黑洞，但并非所有這些宇宙巨人都在吸積物質，它們的引力影響也沒有攪動周圍的物質，從而產生AGN所需的劇烈條件。
像NGC 4945這樣擁有活動星系核的星系被稱為“活動星系”，活動星系核通常比整個星系中的所有恒星加起來都要亮。但有時這些活躍星系中心呈環形或“圓環”狀的厚塵埃密度足夠大，至少遮住了外部觀測者從AGN發出的部分光線。
然而，光并不是活動星系中心活動星系核的唯一發射物；沒有被送入黑洞進行處理或“吸積”的物質可以通過磁場被引導到黑洞的兩極。從這里開始，這些粒子被加速到接近光速的速度，并噴射出可以延伸數千光年的射流。此外，粒子可以通過強大的氣體和塵埃風逃離活動星系中的活動星系核。
歐洲南方天文臺的2.2米望遠鏡看到的星系NGC 4945，粉紅色的恒星形成區域清晰可見，其中心AGN被塵埃遮住（圖片來源:uux.cn/歐洲南方天文臺）
擁有一個超大質量黑洞驅動的AGN并不是NGC 4945區別于銀河系等其他更安靜星系的唯一原因。這個附近的螺旋星系也被歸類為“恒星暴增星系”，這表明它正在經歷恒星形成的強烈爆發。
據估計，NGC 4945正在以每年18顆類太陽恒星的速度形成恒星體，比銀河系的恒星形成速度快3倍。這種恒星誕生主要集中在銀河系的中心，只有當恒星誕生的原材料，涼爽而稠密的氣體云耗盡時才會結束。這一過程預計需要1000萬至1億年。
在NGC 4945中發現一塊錯位的宇宙化石
用歐洲航天局（ESA）的XMM-Newton望遠鏡觀察NGC 4945時，韋弗和他的團隊發現了一種稱為鐵K-α線的特征，這種特征發生在中心超大質量黑洞周圍物質發出的高能X射線擊中銀河系其他地方的冷氣體時。
鐵線通常出現在有AGN的星系中，但這次觀察讓研究小組大吃一驚，因為它并不像他們預期的那樣靠近中心黑洞，也不像現有理論認為的那樣應該靠近。
NGC 4945是從地球的有利位置上從側面看到的，這意味著美國國家航空航天局的科學家能夠在銀道面上追蹤這條鐵線32，000光年，在傾斜的銀河系中追蹤16，000年。
“錢德拉繪制了其他星系中的鐵K-α。在這次研究中，它幫助我們研究了云中的單個明亮X射線源，以幫助我們排除黑洞之外的其他潛在來源，”團隊成員、戈達德詹娜·坎恩的博士后研究員說。“但是NGC 4945的譜線離它的中心太遠了，我們需要XMM-Newton的大視野才能看到它的全部。"
（左）與XMM-Newton一起在NGC 4945中看到的Kα線。（右）其他來源被過濾掉，包括來自AGN的X射線，來自鐵的信號仍然存在，顯示了冷氣體的位置（圖片來源:uux.cn/Weaver等人2024年，歐空局/XMM-Newton）
研究小組推測，造成這一非凡特征的原因是500萬年前NGC 4945超大質量黑洞爆發的粒子射流。他們認為這個噴射流可能是定向的，所以它穿過銀河系而不是從銀河平面逃逸。
這次爆發導致了一場超強的風，這場風仍然在我們今天看到的NGC 4945中吹拂，它也可能引發了銀河系的強烈恒星爆發期。
該團隊現在將繼續觀察NGC 4945，并尋找其他顯示中央黑洞如何影響銀河系演化的線索。他們還將調查來自中心區域的X射線是否能夠驅散冷氣體，最終接近密集的恒星形成并熄滅NGC 4945的恒星爆發階段。
研究小組成員、戈達德天體物理學家埃德蒙·霍奇斯-克拉克說:“有大量證據表明，黑洞在一些星系中扮演著重要角色，決定著它們的恒星形成歷史和命運。”“我們研究了許多星系，比如NGC 4945，因為盡管黑洞之間的物理性質幾乎相同，但它們對各自星系的影響卻大不相同。”
“XMM-Newton幫助我們發現了一個我們不知道要尋找的銀河系化石——但這可能只是許多化石中的第一個。”霍奇斯-克盧克繼續說道。
1月11日星期三，韋弗在路易斯安那州新奧爾良舉行的第243屆美國天文學會會議上介紹了該團隊的發現。