在M77超大质量黑洞周围观察旋转吸积盘【博科园-科学科普（关注“博科园”看

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【博科园-科学科普（关注“博科园”看更多）】在20世纪70年代科学家们证实，来自银河系中心的射电辐射来自一个超大质量黑洞(SMBH)。位于人马座和天蝎座之间约26000光年处，这一特征被称为人马座A*。从那时起天文学家就开始了解到，大多数大星系的中心都有一个黑洞。更重要的是天文学家们已经了解到，这些星系的黑洞周围都是巨大的旋转的尘埃和气体，这就是它们所释放的能量的来源。

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在一个活跃的超大质量黑洞周围，艺术家对尘埃气体环的印象。阿尔玛第一次很清楚地揭示了圆环的旋转。图片版权：ALMA (ESO/NAOJ/NRAO)

然而直到最近，一组天文学家使用Atacama大型毫米/亚毫米阵列(ALMA)，才能捕捉到在M77超大质量黑洞周围旋转的尘埃气体环的图像。这项研究最近发表在《天文学期刊》上，标题为“阿尔玛揭示了ngc1068核中一个非均匀致密的旋转致密分子环”。这项研究是由日本国家天文台的一组研究人员在鹿儿岛大学的协助下进行的。

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螺旋星系M77的中心区域，美国宇航局/ESA哈勃太空望远镜对恒星的分布进行了成像，阿尔玛揭示了星系中心的气体分布情况。图片版权：ALMA (ESO/NAOJ/NRAO)/Imanishi et al./NASA/ESA Hubble Space Telescope and A. van der Hoeven

像大多数大型星系一样，M77有一个活跃的星系核(AGN)，其中尘埃和气体被吸进它的SMBH，导致高于正常亮度。一段时间以来天文学家一直对SMBHs和星系之间存在的奇特关系感到困惑。虽然更大的星系有更大的SMBHs，但宿主星系的体积仍然是其中心黑洞的100亿倍。这自然引发了一个问题:两个截然不同的尺度的物体如何直接影响彼此。因此天文学家们一直试图研究AGN，以确定星系和黑洞是如何共同进化的。研究小组对M77的中心区域进行了高分辨率的观测，这是一个被禁止的螺旋星系，距离地球约4700万光年。

利用ALMA，该团队将M77中心周围的区域成像，并能解决一个半径为20光年的致密气体结构。正如预期的那样，研究小组发现致密的结构围绕着星系中心黑洞旋转。Masatoshi Imanishi在阿尔玛的新闻稿中解释道：为了解释agn的各种观测特征，天文学家们假设在活跃的超大质量黑洞周围，有一种类似于环形的多尘气体结构。这就是AGN的“统一模型”。然而尘土飞扬的甜甜圈在外观上非常小，高分辨率的ALMA，现在我们可以直接看到结构。

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M77中心超大质量黑洞周围的气体运动，向我们移动的气体是蓝色的，而远离我们的气体是红色的。图片版权：ALMA (ESO/NAOJ/NRAO), Imanishi et al.

在过去天文学家已经观测到M77的中心，但是直到现在还没有人能够解决它的中心旋转环。这是由于阿尔玛的高分辨率以及分子排放线的选择。这些排放物包括氰化氢(HCN)和甲醛离子(HCO+)，它们只在稠密的气体中发射微波，而一氧化碳则在各种条件下发出微波。对这些排放线的观测证实了该团队的另一个预测，即环面密度非常大。以前的观测揭示了尘埃气体环的东西延伸。从我们的阿尔玛数据中得到的动态，完全符合托勒斯期望的旋转方向。

然而观测结果也表明，一个简单的统一模型所表明的，在一个SMBH周围的气体分布更加复杂。根据这个模型，圆环的旋转会跟随黑洞的重力;但Imanishi和他的团队发现，在环面的气体和尘埃也表现出高度随机运动的迹象。这可能表明M77中心的AGN有一段暴力历史，其中可能包括与过去的一个小星系合并。简而言之研究小组的观察表明，星系合并可能对AGNs的形成和行为产生重大影响。在这方面对M77s torus的观察已经为星系的历史和演化提供了线索。

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美国宇航局的斯皮策太空望远镜拍摄了这张令人惊叹的银河系中心的红外图像。图片版权：NASA/JPL-Caltech

对SMBHs的研究虽然密集，但也非常具有挑战性。一方面是最近的SMBH(射手座A*)相对比较安静，只有少量的气体吸进它。与此同时它位于我们星系的中心，在那里尘埃、气体和恒星之间的相互作用使它变得模糊。因此天文学家被迫寻找其他星系来研究SMBHs和它们的星系是如何共存的。经过几十年的研究和仪器的改进，科学家们开始第一次对这些神秘区域有了清晰的了解。通过对这些黑洞的详细研究，天文学家们也对这些巨大的黑洞和它们的环状结构随着时间的推移如何与它们的星系共存而获得了有价值的见解。

知识：科学无国界，博科园-科学科普
参考：ALMA, arXiv
作者：Matt Williams
内容：经“博科园”判定符合今主流科学
来自：Universe Today
编译：中子星
审校：博科园
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传播：博科园