微小塵埃和超大黑洞「聚散兩相依」

歐洲南方台超大型望遠鏡干涉儀收集了迄今最具細節性的觀測數據，在一個超大質量黑洞的周圍密布了塵埃，這個超大質量黑洞隱居在一個活動星系核的中心。不是所有發熱發光的塵埃都聚集在黑洞周圍一種圓形的碟盤體內，目前理論模型的描述並不完全正確。大量的塵埃分布在圓形碟盤體的上方和下方，天文學家最新的觀測結果顯示，在圓形碟盤體的上方和下方分布了大量的塵埃，它們從黑洞周圍的區域分散出去，在遠離黑洞周圍的區域形成冷的塵埃風，塵埃分布奇異性質的發現挑戰了目前已知的理論，超大質量的黑洞如何演變？黑洞和周圍的環境如何相互作用？這些問題需要得到新的理解。

天文學家在過去20多年的觀測中發現，幾乎所有宇宙星系的中心「窩藏」一個質量巨大的黑洞，宇宙的「超級霸主」——黑洞不斷從周圍的環境吞食物質，逐漸形成活動星系核中最強悍的能量體，極其明亮的活動星系核具有一種強大無比的驅動力，這股力量將黑洞周圍圓形碟盤體內的塵埃推向外面，塵埃在圓形碟盤體的上方和下方蔓延、漂移，這個過程好像在水池的底部開一個塞孔，當塞孔的塞子被我們拿掉時水池中的水從塞孔流出，在水池塞孔的周圍形成了漩渦狀的水流，水池中的水彷彿被某種水壓擠了出去。

活動星系核（AGN）內的大部分超強紅外線輻射來自於黑洞周圍圓形碟盤體的塵埃。一支國際科學團隊對活動星系核NGC3783進行了詳細觀測，他們使用了超大型望遠鏡干涉儀（VLTI），由可移動的4個8、2米直徑的VLT單元組成了陣列，以干涉儀技術組合而成的望遠鏡陣列位於智利的帕拉納爾天文台。令人吃驚的觀測結果證實了在圓形碟盤體內熾熱塵埃的溫度達到了大約700到1000攝氏度，與理論模型預期的溫度值相同，而在圓形碟盤體主要部分的上方和下方存在了巨量冷的塵埃。

冷的塵埃流束從黑洞周圍的區域向外流出，「塵埃風」在黑洞與周圍環境複雜的相互作用中扮演了重要角色，黑洞從周圍環境的物質吸收能量，它們有「貪得無厭」的吸食能力。科學家一直不清楚黑洞和周圍環境的協同作用，這種共同作用的機制有待深入研究。黑洞在吞噬周圍物質的過程中獲得自身成長的營養，新發現的「塵埃風」無疑添加了黑洞成長機制的新的因素。為了研究活動星系核NGC3783中心區域的特徵，科學團隊使用了單體望遠鏡構成的組合體，組合體望遠鏡獲得了更大的解析度，它相當於一個直徑為130米的超大型望遠鏡。科學團隊的成員、馬克斯·普朗克研究所射電天文學分部的格爾徳·魏格特解釋說，通過聯合單元望遠鏡增強了觀測的靈敏性，具有干涉儀功能的大型望遠鏡收集了微弱發光物體發射的光線，組合望遠鏡有非常寬泛的觀測距離，從太陽到我們臨近的星系，從本地星繫到數千萬光年距離的遙遠星系，光學和紅外線的觀測系統具有世界最高的水準。科學團隊以VLTI觀測了更熱的塵埃，在近紅外線和8到13微米的中紅外線波長範圍進行了觀測。

新的觀測結果可能導向一種模型的轉換、或科學範式的轉型，觀測證據推動了我們對活動星系核（AGN）新的理解。大量塵埃被一種強大的輻射流向外推出，現有的活動星系核結構模型描述了塵埃的分布和超大質量黑洞的成長和演變，然而，科學團隊現的意義在於，現有的結構模型沒有將冷的塵埃效應納入其中。科學團隊期待第二代VLTI的投入使用，第二代超大型望遠鏡干涉儀（VLTI）被稱之為MATISSE，它正在「緊鑼密鼓」地構建中。科學團隊希望能夠聯合所有的VLT望遠鏡單元，在近的和中程紅外線波段同時開展觀測，以收集更多、更能體現細節性的數據。科學團隊由多個國家的大學和研究機構的科學家組成，其中包括了加州大學聖巴巴拉分校、英國的杜倫大學、德國的基爾大學、馬克斯-普朗克研究所，他們觀測的宇宙塵埃通常由碳酸鹽和碳纖維顆粒組成，這種礦物質在地球上儲量豐富。宇宙塵埃的碳纖維顆粒非常像蠟燭燃燒後留下的煙灰，煙灰顆粒的尺寸為典型的宇宙碳纖維顆粒尺寸的10倍、或10倍以上。

（編譯：2013-6-24）

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