黑洞研究有重大突破！科學家觀測到黑洞的旋轉盤結構

據地球天空網（Earthsky）報道。幾十年來，科學家們一直在討論星系的中心存在超大質量的黑洞，如今，他們表示已經確定了這樣一個黑洞的存在，這個黑洞擁有一個環繞著塵埃的氣體盤（disk of gas）。

下面這張圖是藝術家根據天文學家的模型繪製的塵埃氣體盤的概念圖，這個氣體盤環繞在M77星系中心的超大質量黑洞周圍。

M77星系距離我們約有4700萬光年，位於南半球的鯨魚座附近。天文學家使用智利北部的阿塔卡瑪毫米/亞毫米波陣列望遠鏡（ALMA）對其核心的環狀旋轉塵埃氣體環進行成像，通過成像能夠觀測到一個半徑為20光年的緻密氣體結構。這個緻密結構正如理論所推測那樣，環繞在黑洞周圍。

這一重要發現源於日本天文台的今西正敏所領導的研究，在2018年2月1日出版的《天體物理學雜誌通訊》上，同行評議的專家評價這一發現為：「這是第一次如此清楚地證明它的存在。」

根據現代天文學家的理論，包括銀河系在內的幾乎所有星系，核心都存在超大質量的黑洞。中央黑洞越大，星系越大。這聽起來很合理，但主星系比中央黑洞大100億倍，兩個差異巨大的對象間應該很難產生直接影響。所以，二者間的關係是如何發展起來的呢？

天文學家將ALMA望遠鏡對準M77星系，便是旨在解決這個難題。M77星系的中心區域是一個「活動星系核」（Active Galactic Nucleus），這意味著物質正朝著中心的超大質量黑洞劇烈地陷落並迸發出強烈的光。活動星系核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觀測對象。為解釋活動星系核的各種觀測特徵，天文學家建立了活動星系核的統一模型，即在活躍的超大質量黑洞附近，存在著布滿塵埃氣體的甜甜圈狀結構。但是，這一結構的外觀較整個星系而言，非常小巧。如今藉助ALMA望遠鏡的高解析度，天文學家在M77星系的中心可以直接看到這個結構。

哈勃望遠鏡拍攝的M77旋渦星系的中心區域，插圖為ALMA望遠鏡揭示的星系中心的氣體分布。ALMA拍攝了一個半徑為700光年的馬蹄形結構。它還拍攝了其中心一個半徑為20光年的緻密部分——黑洞周圍的氣態環面。紅色表示發射的甲醯離子（HCO +）發射，綠色表示發射的氰化氫。

M77中心的超大質量黑洞附近的氣體運動。朝向我們移動的氣體呈藍色，遠離我們的氣體呈紅色。氣體的旋轉集中在黑洞周圍。

通過對這個結構的研究，天文學家發現，M77星系中心的黑洞周圍的氣體分布比統一模型所推測的要複雜得多。這個圓環似乎有不對稱性，這說明旋轉不僅源於黑洞的重力，還包含了高度隨機的運動。這些特徵表示活動星系核可能發生過激烈的活動，包括與小星系的合併。

對黑洞的研究雖然還有很多謎團尚未解決，但這一活動星系核的發現，依然是前進的重要一步。

文/譯 ：馬宗呂

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