银河系超大质量黑洞在强大的“死亡射线”光束爆发后仍长期处于“阴燃”状态

在一些科幻电影中会出现沉睡的怪物,就像哥斯拉一样,它会突然苏醒过来,开始横行霸道。我们的银河系曾经被认为在其核心有一个沉睡的“怪物”,一个重达我们太阳质量400万倍的黑洞。但是越来越多的证据表明,黑洞偶尔会“苏醒”,吞噬掉入其中的恒星或气体云。然后黑洞喷出强大的“死亡射线 ”辐射和粒子束,其速度几乎达到光速。有记录以来最大的一次爆发是在200万年前。

银河系超大质量黑洞在强大的“死亡射线”光束爆发后仍长期处于“阴燃”状态

  

银河系超大质量黑洞在强大的“死亡射线”光束爆发后仍长期处于“阴燃”状态

  

银河系超大质量黑洞在强大的“死亡射线”光束爆发后仍长期处于“阴燃”状态

  

银河系超大质量黑洞在强大的“死亡射线”光束爆发后仍长期处于“阴燃”状态

  

  在一些科幻电影中会出现沉睡的怪物,就像哥斯拉一样,它会突然苏醒过来,开始横行霸道。我们的银河系曾经被认为在其核心有一个沉睡的“怪物”,一个重达我们太阳质量400万倍的黑洞。但是越来越多的证据表明,黑洞偶尔会“苏醒”,吞噬掉入其中的恒星或气体云。然后黑洞喷出强大的“死亡射线 ”辐射和粒子束,其速度几乎达到光速。有记录以来最大的一次爆发是在200万年前。

  这一点在不断扩大的等离子体羽流中很明显,这些羽流形成沙漏状,在我们银河系的平面上下延伸很远。黑洞爆发产生的双极冲击波加热了银河系平面外的气体,使其在伽马射线和X射线中发光。

  哈勃望远镜发现了证据,证明黑洞在早先的爆发后很久仍在“阴燃”。哈勃天文学家的证据就像是在进行考古挖掘,试图透过地球和银河系中心之间密集的尘埃和气体片的星际污染,即27000光年之外。哈勃拍摄到了一个明亮的气体结,它被来自黑洞的无形喷流所冲击,而黑洞离它只有15光年。这个黑洞在数十亿年前一定是作为类星体而显示出耀眼的光芒,当时我们年轻的银河系正在吞噬大量的下坠气体。但是在这么长的时间里,黑洞仍然在不断地运转。

  我们银河系的中央黑洞有一个“漏洞”。这个超大质量的黑洞看起来仍有几千年前的喷灯状喷流的残余。美国宇航局(NASA)的哈勃太空望远镜还没有拍摄到这个“幻影”喷流,但是已经帮助找到了间接证据,表明它仍然在无力地推入巨大的氢气云中,然后飞溅,就像从水管中射出的窄流瞄准了一堆沙子。

  这进一步证明,这个质量为410万个太阳的黑洞并不是一个沉睡的怪物,而是在恒星和气体云落入它的过程中定期“打嗝”。黑洞将一些物质吸引到一个旋转的轨道吸积盘中,在那里,一些坠落的物质被卷进流出的喷流中,被黑洞强大的磁场所吸引。狭窄的”探照灯光束”伴随着大量致命的电离辐射。

  北卡罗来纳大学教堂山分校的杰拉尔德-塞西尔说:“中心黑洞是动态变化的,目前正在‘关闭电源’。”塞西尔像完成拼图一样把来自各种望远镜的多波长观测结果拼凑在一起,这些观测结果表明,黑洞每次吞下重物(如气体云)时都会喷出微型喷流。他领导的多国团队的研究刚刚发表在《天体物理学杂志》上。

  2013年,美国宇航局钱德拉X射线天文台探测到的X射线和新墨西哥州索科罗的Jansky甚大阵射望远镜探测到的无线电波,为黑洞附近的一个短小的南方喷流提供了证据。这个喷流似乎也是在黑洞附近的气体中耕耘。

  塞西尔很好奇是否也有一个北方的反喷流。他首先查看了来自智利ALMA天文台(阿塔卡马大型毫米波/亚毫米波阵列)的诸如甲醇和单硫化碳等分子的档案光谱,该天文台使用毫米波长来窥视我们和银河系核心之间的尘埃。ALMA揭示了分子气体中一个不断扩大的、狭窄的线性特征,可以追溯到黑洞的15光年处。

  通过连接这些点,塞西尔接下来在哈勃红外波长图像中发现了一个发光的、膨胀的热气泡,它与黑洞的喷流保持一致,距离至少35光年。他的团队认为,黑洞的喷流冲进了它,使这个气泡膨胀起来。这两个逐渐消失的射流的残余效应是它影响分子气体的唯一视觉证据。

  当它吹过气体时,喷流碰到了物质,并沿着多个流弯曲。研究共同作者、日本筑波大学的亚历克斯-瓦格纳说:“这些气流从银河系密集的气体盘中渗透出来。喷流从铅笔束分流成卷轴。这种外流创造了一系列扩大的气泡,至少延伸到500光年。这种更大的 ‘肥皂泡’结构已经被其他望远镜在不同的波长上绘制出来。”

  瓦格纳和塞西尔接下来在一个模拟的银河系盘中运行了喷流的超级计算机模型,这些模型再现了观察结果。塞西尔说:“就像在考古学中,你不停地挖掘,以找到越来越古老的文物,直到你发现一个宏伟的文明的遗迹。”瓦格纳的结论是:“我们的中心黑洞显然在过去的一百万年里亮度激增了至少一百万倍。这足以让喷流冲进银河系的光环。”

  哈勃和其他望远镜先前的观测发现,银河系的黑洞在大约200万-400万年前有一次爆发的证据。那次爆发的能量足以创造出一对巨大的气泡,耸立在我们的银河系之上,在伽马射线中发光。它们在2010年被美国宇航局的费米伽马射线空间望远镜首次发现,并被ROSAT卫星在2003年发现的X射线气泡所包围,eROSITA卫星在2020年全面绘制了这些气泡。

  哈勃紫外光光谱被用来测量气球裂片的膨胀速度和组成。哈勃光谱后来发现,这次爆发是如此强大,以至于它照亮了一个气态结构,称为麦哲伦星流,距离银河系中心约20万光年。即使在今天,该事件产生的气体仍在发光。

  为了更好地了解发生了什么,塞西尔查看了哈勃和另一个有黑洞流出的星系的无线电图像。位于4700万光年之外,活跃的螺旋星系NGC 1068有一串气泡特征,沿着其中心非常活跃的黑洞的外流排列。塞西尔发现,从NGC 1068和我们的银河系中出现的无线电和X射线结构的尺度都非常相似。“NGC 1068外流顶部的弓形冲击泡与银河系中的费米气泡开始的规模相吻合。NGC 1068可能正在向我们展示银河系在几百万年前的主要动力激增期间的情况。”

  残留的喷流特征离银河系的黑洞足够近,以至于在黑洞再次发力的几十年后,它才会变得更加突出。塞西尔指出,“黑洞只需要在这段时间内将其亮度增加一百倍,就可以用发射粒子重新填充喷流通道。如果能看到射流在那次爆发中能走多远,那就很酷了。要进入费米伽马射线气泡,需要喷流维持数十万年,因为那些气泡的宽度为5万光年!”

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