【博科园-科学科普（关注“博科园”看更多）】阿塔卡玛大毫米/亚毫米波阵列(ALMA)的高分辨率观测使一个旋转的尘埃气体围绕一个活跃的超大质量黑洞旋转。这种旋转的齿状结构的存在是几十年前首次提出的，但这是第一次被如此清晰地证实。这是理解超大质量黑洞和它们的宿主星系共同进化的重要一步。几乎所有的星系都在其中心隐藏着巨大的黑洞。研究人员早就知道星系的质量越大，中心黑洞的质量就越大。这听起来很合理，但宿主星系比中央黑洞大100亿倍；对于两种截然不同的天平来说，它应该很难直接影响到彼此，那么这种关系是如何发展的呢?
螺旋星系M77的中心区域，美国宇航局/ESA哈勃太空望远镜对恒星的分布进行了成像。阿尔玛揭示了星系中心的气体分布情况。ALMA成像的是一个半径为700光年的马蹄形结构，一个半径为20光年的中央紧凑型元件。后者是围绕AGN的气体环。红色表示甲酰离子(HCO+)和绿色表示氢氰酸的排放。图片版权：ALMA (ESO/NAOJ/NRAO), Imanishi et al., NASA/ESA Hubble Space Telescope and A. van der Hoeven
为了解决这个问题，一个天文学家小组利用阿尔玛的高分辨率观测了螺旋星系M77的中心。M77的中心区域是一个“活动星系核”，也就是说物质正猛烈地向中心特大质量黑洞倾斜，并发出强烈的光。AGN可以强烈地影响周围的环境，因此它们是解决星系和黑洞共同演化之谜的重要对象。该团队在M77的超大质量黑洞周围成像，并解决了一个半径为20光年的致密气体结构。而且天文学家发现致密的结构像预期的那样绕着黑洞旋转。为了解释agn的各种观测特征，天文学家们假设在活跃的超大质量黑洞周围，有一种类似于环形的多尘气体结构。
这被称为AGN的“统一模型”，该论文的主要作者Masatoshi Imanishi(日本国家天文台)在《天体物理学杂志快报》上发表了一篇论文。然而尘土飞扬的甜甜圈在外观上却非常小。高分辨率的ALMA，现在我们可以直接看到结构。许多天文学家以前观测过M77的中心，但从来没有看到过如此清晰的黑洞周围的气体旋转。除了阿尔玛的高分辨率外，分子发射线的选择是揭示其结构的关键。研究小组观察了来自氰化氢分子(HCN)和甲酰离子(HCO+)的特定微波辐射。这些分子只在稠密的气体中发射微波，而更频繁观察到的一氧化碳(CO)在各种条件下会发出微波。AGN周围的圆环被认为是非常密集的，而且团队的策略是正确的。
之前的观测揭示了尘埃气体环的东西延伸，ALMA数据显示出的动力学与预期的环面旋转方向一致。有趣的是，超大质量黑洞周围的气体分布比简单的统一模型所显示的要复杂得多。环面似乎有一个不对称性，旋转不只是跟随黑洞的重力，而且还包含高度随机的运动。这些事实可能表明AGN有一段暴力历史，可能包括与一个小星系的合并。然而旋转环面的识别是一个重要的步骤。我们居住的银河系，其中心也有一个超大质量的黑洞。然而这个黑洞处于非常安静的状态。只有少量的气体吸进它。因此为了深入研究一个AGN，天文学家需要观察遥远星系的中心。M77是最近的AGN和一个合适的对象，它可以详细地窥视这个中心。
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参考：天体物理期刊
内容：经“博科园”判定符合今主流科学
来自：日本国立天文台
编译：中子星
审校：博科园
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