銀河系最大質量黑洞吐泡泡：600萬年不曾「進食」

（譯者：苟利軍 國家天文台研究員）

核心要點：

? 600萬年前，黑洞吞噬了一大塊掉入的氣體。

? 之後，黑洞「打嗝」吐出氣體，產生了位於銀心中心上下的氣泡。

? 研究人員利用哈勃望遠鏡確定了它們的性質。

根據哈勃望遠鏡的最新觀測，自銀河系中心黑洞的上一次「大餐」以來，已經過去了約600萬年。

當時，中心黑洞吞下了一大塊落入的氣體，以致它後來「打嗝」打出了一個巨大的氣泡，質量相當於兩百萬個太陽那麼重。

自那時起，我們的銀河系便只吃一些「零食」了，但是上次「大餐」所產生的外流依然在銀河系中心的上下翻騰，包括以200萬英里/小時（大約為320萬公里/小時）的高速在氣泡中運動的「冷」氣體。

圖1：哈勃望遠鏡的宇宙起源攝譜儀（COS）觀測了47個遙遠的類星體，研究人員分析了這些數據從而研究了銀盤北側（銀盤以上）的氣泡。當這些類星體的光經過銀河系的時候，它能夠揭示有關氣泡速度、組成和溫度的一些信息。

2010年，美國宇航局的費米伽馬射線太空望遠鏡首次發現了「費米氣泡」。

利用哈勃新近的觀察結果，研究人員如今能夠更好地研究它們的組成以及形成過程。

美國劍橋麻省理工學院的研究員人員Rongmon Bordoloi是這次觀測的帶頭人，他說：「這是我們第一次追蹤到氣泡中冷氣體的運動，我們可以藉此繪製氣體的速度分布，計算出氣泡的形成時間。」

「我們發現，在600萬到900萬年前，曾發生過一個非常強力劇烈的事件。很可能是一團氣體掉進了黑洞中，產生了一對物質噴流，形成了由熱氣體構成的瓣狀結構，所以我們在觀測中能看到X射線和伽馬射線。從那以後，黑洞就一直在吃 『零食』了。」

先前的一項研究表明，氣泡的年齡約為200萬年。

這些噴流代表了那些被加熱到極端溫度並沿著黑洞旋轉軸逃脫出去的氣體。

哈勃望遠鏡的宇宙起源攝譜儀（COS）觀測分析了47個遙遠的類星體——遙遠星系的明亮核心，研究人員藉此研究了銀盤北側（銀盤以上）的氣泡。

北側的氣泡從銀河系盤面一直延伸至約23000光年處；當光線穿過，我們便可獲得氣泡中氣體速度、組成和溫度的相關信息了。

分析揭示，氣泡內部的溫度約為華氏17700度。

另外，氣泡中還含有「超高溫氣體」，溫度高達華氏1800萬度。

研究人員稱，較冷的氣體可能是星系盤面上被熱外流帶走的星際氣體。

圖2：自從上次600萬年前的大餐之後，我們的銀河系一直只在吃著「零食」，但是上次「大餐」所產生的外流依然在銀河系中心的上下翻騰，包括以200萬英里/小時（大約為320萬公里/小時）的高速在氣泡中運動的「冷」氣體。

研究人員還在氣體雲中發現了包含著恆星演化遺迹的硅和碳。

根據研究人員的說法，較冷的氣體以200萬英里/小時的速度向外運動，在兩個氣泡之間構成了200萬個太陽質量的物質。

Bordoloi說：「我們也觀測過其他星系的外流，但還沒能真正繪製出氣體的運動。」

我們能觀測到氣體運動的唯一原因，就是我們身處銀河系之內。這個有利位置讓我們能詳細繪製出銀河系外流的動力學結構。

研究人員在2015年研究了費米氣泡，通過觀測透過氣泡底部來自類星體的光線。

現在，他們又進一步揭示了其組成和歷史。

項目合作者Andrew Fox來自巴爾的摩太空望遠鏡科學研究所的，他說：「哈勃數據打開了一個有關費米氣泡的全新窗口。」

「之前，我們知道它們有多大，它們產生了多少輻射；現在我們又知道了它們移動的速度和所包含的化學元素。

「這是一個關鍵進展。」

此外，研究人員認為哈勃該項研究能幫助他們確認氣泡的存在和起源。

Bordoloi說：「我們幾乎不可能在地面進行這一觀測，因為要利用紫外光譜檢測這些元素存在與否，這只能在太空中進行。我們只有利用哈勃望遠鏡上的宇宙起源攝譜儀，才能達到這一觀測所需的波長覆蓋範圍、靈敏度和光譜解析度。」

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什麼是類星體

類星體是類似恆星射電源的簡稱，它描述了遙遠星系的明亮中心。每一個星系在它們的中心都有一個超大質量黑洞。

當流入黑洞的氣體和塵埃達到一定程度，就會導致類星體的形成，即物質環繞著黑洞運動時產生的那塊超級明亮的區域。

它們的直徑通常可以達到3260光年。

這些區域能夠產生巨大的電磁輻射，會比太陽亮一萬億倍。

但是它們平均僅僅只能夠持續1000萬到1億年，相比壽命為幾十億年的星系而言，使得它們很難在星系中被觀測到。

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