為什么一些超大質量黑洞噴流如此之短？天文學家可能已經破解了這個案子

2025-12-07 17:44:01 分類：焦點 閱讀(95955)

Main：一個超大質量黑洞撕裂并吞噬一顆恒星。插圖：超長基線陣列拍攝的質量圖像顯示了星系中心的兩個超大質量黑洞，右邊的黑洞一個剛剛吞噬了一顆恒星（圖片來源：uux.cn/主圖片：歐空局/C·卡羅。插圖：H.L.馬內斯/格林內爾學院）
（神秘的噴流地球uux.cn）據美國太空網（Robert Lea）：一項對一種罕見且短命的星系類型的新調查顯示，這些物體中有沉睡的短天超大質量黑洞，這些黑洞會短暫覺醒，家可經破解撕裂一顆大質量恒星，為什文學并將其殘骸作為巨大的質量宇宙早餐吞噬。
“致密對稱天體”（簡稱CSO）是黑洞一種活躍的星系，有兩股噴流以接近光速的噴流速度從中噴出。這些噴流在活動星系核（AGN）中很常見，短天它們的家可經破解中心有以周圍氣體和塵埃為食的超大質量黑洞，但CSO的為什文學噴流不同。
雖然AGN的質量噴流可以在兩個方向上延伸23萬光年，但CSO噴流發育遲緩，黑洞僅延伸1500光年左右。
科學家們之前曾推測，CSO噴流之所以短，是因為它們是新形成的或年輕的。現在，由加州理工學院（Caltech）科學家領導的一個團隊已經確定，這些噴氣式飛機的壽命很短。
研究小組組長、加州理工學院天文學名譽教授安東尼·里德海德在一份聲明中說：“這些CSO并不年輕。你不會說12歲的狗年輕，盡管它的壽命比成年人類短。”。“這些天體是一個獨特的物種，它們在數千年內生存和消亡，而不是在擁有更大噴流的星系中常見的數百萬年。”
為了解開CSO之謎并揭示其真實性質，Readhead和同事們花了兩年時間從超長基線陣列（VLBA）和其他高分辨率射電望遠鏡中搜索了過去文獻中的3000個候選CSO和天文數據。
Readhead說：“VLBA的觀測是天文學中最詳細的，提供的圖像細節相當于在100英里（160公里）的距離上測量人類頭發的寬度。”。
該團隊確認了其中64個候選星系為CSO，并發現了另外15個罕見星系。通過分析這些CSO，研究小組得出結論，這些罕見的星系類型只會噴出5000年或更短的噴流，然后逐漸消失。
加州理工學院助理教授、團隊成員Vikram Ravi說：“CSO噴氣式飛機是非常有活力的噴氣式飛機，但它們似乎會關閉。”。“射流停止從源頭流出。”
該團隊已經確定了這些噴流發射的一個嫌疑人：他們推測，CSO的核心是超大質量黑洞，在所謂的“潮汐破壞事件”（TDE）中撕裂離它們太近的恒星。

一位藝術家對恒星（前景）在經過超大質量黑洞附近時被破壞的印象。（圖片來源：uux.cn/ESO/M.Kornmesser）
當恒星冒險離黑洞太近時，黑洞的巨大引力會在恒星內部產生強大的潮汐力。這些潮汐力垂直拉伸恒星，同時水平擠壓恒星，這一過程被稱為“碎片化”。
這種恒星面條包裹在周圍，形成一個物質盤，逐漸被超大質量黑洞吞噬。但黑洞是混亂的進食者，其中一些恒星物質被引導到這些宇宙怪物的兩極。從那里，一些材料被噴射出去。這一TDE過程伴隨著令人難以置信的明亮發光，向天文學家宣布這些超大質量黑洞正在吞噬。

兩個超大質量黑洞的VLBA圖像，其中一個是正在吞噬恒星的J0405+3803a致密對稱天體（CSO）。（圖片來源：uux.cn/H.L.Maness/格林內爾學院）
Readhead解釋道：“我們認為，一顆恒星被撕裂，然后所有的能量都沿著黑洞旋轉的軸被引導到噴流中。”。“這個巨大的黑洞一開始我們看不見，然后當它吞噬一顆恒星時，砰的一聲！黑洞有燃料，我們可以看到它。”
然而，喚醒黑洞成為CSO的不僅僅是任何一顆恒星。該團隊認為，只有當一顆真正大質量的恒星被TDE中的超大質量黑洞撕裂時，才會產生CSO。
拉維解釋道：“我們之前看到的TDE只持續了幾年。”。“我們認為，為CSO提供動力的顯著TDE持續時間要長得多，因為被破壞的恒星體積很大，質量很大，或者兩者兼而有之。”

這張無線電圖像顯示了兩股噴流從天鵝座A的中心噴出，天鵝座A是一個離我們不太遠的星系。一篇新論文報道稱，在一個更遙遠的古老星系中發現了一個類似的物體。該星系有一個明亮的、相關的噴流，從其中心超大質量黑洞噴出，指向地球，使其成為一個黑洞。（圖片來源：uux.cn/NRAO）
Readhead和同事們還構建了一個“宇宙家庭相冊”，展示了CSO及其噴流如何隨著時間的推移而進化。較年輕的CSO有較短的噴流，離中心超大質量黑洞較近，而較老的CSO則有較長的噴流，延伸到離TDE位置更遠的地方。
該團隊確定，雖然絕大多數CSO將消亡，但其中1%的CSO將繼續發生長壽命事件，產生像天鵝座A中看到的那樣的延長噴流。天鵝座A是一個遙遠的超大質量黑洞，其噴流瞄準地球，一類被稱為blazar的物體。
在這些百分之一的長壽命事件中，研究人員認為，中心黑洞是由其宿主星系與另一個宿主星系合并所提供的額外氣體和塵埃提供的。
對里德海德來說，這些發現證明了他在20世紀90年代首次提出的理論，當時只發現了三個CSO。當這一想法首次提出時，更廣泛的科學界大多沒有認識到這一點，但隨著這一新證據的出現，這一想法應該會得到支持。
Readhead說：“這一假設幾乎被遺忘了，因為多年后，TDE的觀測證據才開始增多。”。“這些物體確實是一個有著自己獨特起源的獨特群體，現在我們有責任更多地了解它們以及它們是如何形成的。
“能夠在幾年到幾十年而不是數百萬年的時間尺度上研究這些物體，為研究超大質量黑洞及其帶來的許多意想不到和不可預測的驚喜打開了一扇全新實驗室的大門。”
該團隊的研究于上個月發表在《天體物理雜志》上的三項研究中。