新研究揭示黑洞吞噬周圍物質的不同方式

英國和荷蘭的天文學家在一項新研究中指出,所有位於星系中心的超大質量黑洞似乎都有吞噬周圍物質的時期,但它們的相似之處也僅限於此。他們利用超高靈敏度的射電望遠鏡對宇宙中一處已被詳細研究的區域進行了觀測,得出了這一結論。詳細的結果發表在《天文學與天體物理學 》(Astronomy & Astrophysics) 上。

自 20 世紀 50 年代以來,天文學家一直在研究活動星系,這些星系的中心都具有一個不斷吞噬物質的超大質量黑洞。在活躍階段,超大質量黑洞經常釋放出極強的無線電、紅外線、紫外線和 X 射線輻射。

一個具有活躍星系核的星系(想象圖),中心為超大質量黑洞。當黑洞吞噬物質時,兩股強大的噴流就會在黑洞的邊緣形成。這些噴流形成了巨大的“射電雲”,可以被射電望遠鏡探測到

一個具有活躍星系核的星系(想象圖),中心為超大質量黑洞。當黑洞吞噬物質時,兩股強大的噴流就會在黑洞的邊緣形成。這些噴流形成了巨大的“射電雲”,可以被射電望遠鏡探測到

在兩篇新發表的論文中,一個由天文學家組成的國際團隊集中研究了大熊座北部區域的所有活動星系。到目前為止,天文學家已經對該區域進行了大量的研究,主要是通過太空望遠鏡收集其可見光、紅外光和紫外光信號。在新的觀測中,研究團隊獲得了來自射電望遠鏡網絡的數據,包括英國的 e-MERLIN 望遠鏡陣列和歐洲甚長基線干涉測量網絡 (EVN)。

通過這項系統性的研究,天文學家得出了 3 個清晰的結論。首先,事實證明許多不同類型星系核可以具有不同的活躍方式。有的“貪得無厭”,會吞噬儘可能多的物質;有的則“消化較慢”,還有的已經幾乎沒有物質可供吞噬。

其次,在少數情況下,吸積階段與恆星形成階段會同時發生。如果恆星正在形成,則星系核的活動就很難被探測到。第三,星系核的吸積過程可能會產生,也可能不產生無線電噴流,無論黑洞吞噬“食物”的速度有多快。

該研究的主要作者傑克·拉德克利夫來自南非的比勒陀利亞大學,之前在荷蘭格羅寧根大學和英國曼徹斯特大學任職。他表示,觀測結果表明射電望遠鏡最適合用於研究遙遠宇宙的黑洞吞噬情況。“這是個好消息,因為 SKA 射電望遠鏡即將上線,它們將使我們能夠更深入地觀察宇宙,了解更多細節 。”SKA 即“平方千米陣 ”(Square Kilometre Array), 是計劃中的下一代巨型射電望遠鏡陣列,有效接收面積可達大約 1 平方公里,靈敏度將比目前世界上最大的射電望遠鏡還高 50 倍。

研究作者、荷蘭格羅寧根大學的彼得·巴特爾補充道:“我們觀察到了越來越多的證據,表明所有星系的中心都有超大質量黑洞。當然,它們肯定是經過一步步成長,才達到今天的質量。通過我們的觀察,現在我們看到了這些質量增長過程,並開始逐步了解它們,儘管進度較慢,但都很紮實。”

另一位研究作者、英國曼徹斯特大學的邁克爾·蓋瑞特說:“這些美妙的結果顯示了射電天文學的能力 。VLA( 甚大天線陣 )、e-MERLIN 和 EVN 等望遠鏡正在改變我們對早期宇宙中星系演化的看法。”

射電天文學與射電望遠鏡

射電天文學是通過電磁波頻譜以無線電頻率來研究天體的天文學分支,其所用的技術與光學相似,但由於射電望遠鏡所觀測的波長較長,因此體積更為巨大。對來自宇宙天體的無線電波進行初步探測是在 20 世紀 30 年代,美國無線電工程師卡爾·央斯基利用天線陣接收到了從銀河系中心發射出來的無線電波,並根據觀測結果繪製了第一張射電天圖。這一發現標誌着射電天文學的誕生,“央斯基 (Jansky)” 後來也成為天體射電流量密度的單位,簡寫為“央 (Jy)”。

1937 年,美國天文學家格羅特·雷伯修建了一台 9 米直徑的拋物面碟形射電望遠鏡,成為射電天文學的先驅之一。他重複了央斯基早期的工作,並進行了第一次無線電頻率巡天。在後來的觀察中,天文學家確定了多個不同類型的無線電發射源,包括恆星和星系,以及全新的天體類型,如射電星系、類星體和脈衝星等。

射電天文學還測量了星系的旋轉速度,發現星系中有大量看不見的物質,但其又是可察覺的,這就是暗物質。宇宙微波背景輻射是射電天文學的另一個重大發現,為大爆炸理論提供了有力的支持。射電望遠鏡也可以用於研究距離地球較近的天體,包括太陽活動及太陽系行星的表面情況等。

目前世界上現役的著名射電望遠鏡包括:甚大天線陣 (VLA), 位於美國新墨西哥州的沙漠中,由 27 面口徑 25 米的天線組成;阿塔卡瑪大型毫米波天線陣 (ALMA), 位於智利北部的阿塔卡瑪沙漠,有 54 座 12 米口徑的天線和 12 座 7 米口徑的天線 ;500 米口徑球面射電望遠鏡 (FAST), 位於中國貴州,是目前世界上單一口徑最大的球面射電望遠鏡;俄羅斯的 RATAN-600 環狀射電望遠鏡,直徑 576 米;以及籌建中的平方千米陣 (SKA)。

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上一篇 2021-05-28 10:57
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