黑洞吞噬的物质和光是是否消失在事件视界内了?

通常黑洞排出的物质比所捕获的物质多一千倍,同时控制喷射流和捕获的机制是黑洞吸积盘,这是一种由气体和尘埃组成的巨大质量盘,以极高的速度围绕黑洞旋转。吸积盘是高热的,会发出光和其他形式的电磁辐射。轨道物质的一部分被拉向中心,消失在事件视界内,事件视界是物质和光都无法逃脱的临界点,另一个更大的部分被吸积盘本身发射的辐射的压力推得更远。

每个星系都被认为在其中心有一个超大质量黑洞,但并不是所有的星系都有或仍然有吸积盘。那些这样的星系被称为活动星系,因为它们有活动的星系核。传统模型假设积聚在活动星系中心区域的物质有两个阶段:由核喷射出的物质高速电离气体流出,以及可能流入核的较慢分子。巴西圣保罗大学天文、地球物理和大气科学研究所(IAG-USP)博士后研究员丹尼尔·梅现在提出了一个将这两个阶段整合到一个场景中的新模型。

研究模型发现,分子相似乎与电离相具有完全不同的动力学,它也是流出的一部分。这意味着有更多的物质被从中心吹走,活动星系核在整个星系的结构中发挥着更重要的作用,其研究发现发表在《皇家天文学会月刊》上。研究人员根据对两个活跃星系的研究确定了这种模式:NGC1068和NGC4151,NGC代表新的星云和星团总目录,建立于19世纪末。使用高度细致的图像处理方法,在两个非常不同的星系中发现了相同模式。

半径可达300光年

现在大多数天文学家都对研究非常大的数据集感兴趣,而本研究的方法正好相反,以一种几乎是手工的方式研究了这两个的个体特征。新的研究表明,最初星系中心区域的分子气云坍塌并激活了核心,形成了吸积盘。吸积盘发出的光子温度达到100万摄氏度左右,将大部分气体向外推了很长一段距离,而一小部分气体被圆盘吸收,最终坠入黑洞。

当云团被吸入圆盘时,会形成两个不同的相:一个是由于暴露在圆盘上而电离的,另一个是分子的,被它的辐射遮蔽了。研究发现分子部分完全与电离部分联系在一起,这就是所谓的流出。研究将气体的两个相联系起来,之前被认为是不相连的,并将它们的形态符合单一的情景。电离气体来自于这种分子气体的碎裂,当它碎裂时,它会在一个半径可达300光年的不断膨胀热泡中被推得更远。

为了便于比较,值得一提的是,这几乎是地球到比邻星距离的70倍,比邻星是距离太阳系最近的恒星。当研究人员观察这两个星系的中心区域时,看到了这个巨大的气泡轮廓,分子壁勾勒出了它的轮廓。分子壁碎裂,电离气体被驱逐出去,吸积盘看起来是一个极其明亮的亮点。从它到达我们的所有信息都与一个像素相对应,所以没有足够的分辨率来辨别它可能的部分,只从黑洞的影响知道黑洞。在古代宇宙中有更多的可用气体,所以像那样的过程影响更强烈。

研究在相对较近的星系(如NGC1068和NGC4151)中观察到的是发生在较远星系过程的一种温和形式,这些星系在遥远过去的活动核现在被探测到是类星体。


博科园|研究/来自:圣保罗研究基金会

参考期刊《皇家天文学会月刊》

DOI: 10.1093/mnras/staa1545

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