活躍超大質量黑洞周圍的旋轉氣體圈

【博科園-科學科普（關注「博科園」看更多）】阿塔卡瑪大毫米/亞毫米波陣列(ALMA)的高解析度觀測使一個旋轉的塵埃氣體圍繞一個活躍的超大質量黑洞旋轉。這種旋轉的齒狀結構的存在是幾十年前首次提出的，但這是第一次被如此清晰地證實。這是理解超大質量黑洞和它們的宿主星系共同進化的重要一步。幾乎所有的星系都在其中心隱藏著巨大的黑洞。研究人員早就知道星系的質量越大，中心黑洞的質量就越大。這聽起來很合理，但宿主星系比中央黑洞大100億倍；對於兩種截然不同的天平來說，它應該很難直接影響到彼此，那麼這種關係是如何發展的呢?

螺旋星系M77的中心區域，美國宇航局/ESA哈勃太空望遠鏡對恆星的分布進行了成像。阿爾瑪揭示了星系中心的氣體分布情況。ALMA成像的是一個半徑為700光年的馬蹄形結構，一個半徑為20光年的中央緊湊型元件。後者是圍繞AGN的氣體環。紅色表示甲醯離子(HCO+)和綠色表示氫氰酸的排放。圖片版權：ALMA (ESO/NAOJ/NRAO), Imanishi et al., NASA/ESA Hubble Space Telescope and A. van der Hoeven

為了解決這個問題，一個天文學家小組利用阿爾瑪的高解析度觀測了螺旋星系M77的中心。M77的中心區域是一個「活動星系核」，也就是說物質正猛烈地向中心特大質量黑洞傾斜，並發出強烈的光。AGN可以強烈地影響周圍的環境，因此它們是解決星系和黑洞共同演化之謎的重要對象。該團隊在M77的超大質量黑洞周圍成像，並解決了一個半徑為20光年的緻密氣體結構。而且天文學家發現緻密的結構像預期的那樣繞著黑洞旋轉。為了解釋agn的各種觀測特徵，天文學家們假設在活躍的超大質量黑洞周圍，有一種類似於環形的多塵氣體結構。

這被稱為AGN的「統一模型」，該論文的主要作者Masatoshi Imanishi(日本國家天文台)在《天體物理學雜誌快報》上發表了一篇論文。然而塵土飛揚的甜甜圈在外觀上卻非常小。高解析度的ALMA，現在我們可以直接看到結構。許多天文學家以前觀測過M77的中心，但從來沒有看到過如此清晰的黑洞周圍的氣體旋轉。除了阿爾瑪的高解析度外，分子發射線的選擇是揭示其結構的關鍵。研究小組觀察了來自氰化氫分子(HCN)和甲醯離子(HCO+)的特定微波輻射。這些分子只在稠密的氣體中發射微波，而更頻繁觀察到的一氧化碳(CO)在各種條件下會發出微波。AGN周圍的圓環被認為是非常密集的，而且團隊的策略是正確的。

之前的觀測揭示了塵埃氣體環的東西延伸，ALMA數據顯示出的動力學與預期的環面旋轉方向一致。有趣的是，超大質量黑洞周圍的氣體分布比簡單的統一模型所顯示的要複雜得多。環面似乎有一個不對稱性，旋轉不只是跟隨黑洞的重力，而且還包含高度隨機的運動。這些事實可能表明AGN有一段暴力歷史，可能包括與一個小星系的合併。然而旋轉環面的識別是一個重要的步驟。我們居住的銀河系，其中心也有一個超大質量的黑洞。然而這個黑洞處於非常安靜的狀態。只有少量的氣體吸進它。因此為了深入研究一個AGN，天文學家需要觀察遙遠星系的中心。M77是最近的AGN和一個合適的對象，它可以詳細地窺視這個中心。

知識：科學無國界，博科園-科學科普

參考：天體物理期刊

內容：經「博科園」判定符合今主流科學

來自：日本國立天文台

編譯：中子星

審校：博科園

解答：本文知識疑問可於評論區留言

傳播：博科園

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