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躲藏数十年,科学家终于看见银河系超大质量黑洞的模糊吸积盘

2025-04-07 208

长久以来,我们都知道银河系中心有个超大质量黑洞,周遭应该要有一层物质吸积盘。然而天文学家到目前为止都还未真正成像吸积盘,仅看过一团球形气体大致流动着。现在,科学家利用 ALMA 揭露黑洞附近一个冷气体带,终于清楚看见气体围绕着银河系黑洞旋转的景象。

地球距离银河系中心约 26,000 光年,那里有一个超大质量黑洞人马座 A*(Sagittarius A*、Sgr A*)镇守,质量是太阳质量的 400 万倍大。经过数十年研究,天文学家逐渐对黑洞周围的混乱地区有了眉目,那里充满四处漫游的恒星、星际尘埃云、一团包含非常热和相对较冷的云气,科学家预计这些气体会形成围绕着黑洞的巨大吸积盘,从黑洞的事件视界处向外延展十分之几光年。

然而我们在实际观测时面临巨大障碍。迄今为止,天文学家只看过一些于黑洞上空盘旋的恒星和气体云,还有一团非常稀薄的高温气体,大致呈球形流动,温度估计为 1,000 万℃(约太阳核心温度的三分之二),在此温度下,气体于 X 射线波段下发出耀眼光芒,让科学家得以利用太空 X 射线望远镜研究。问题是,这些气体并没有明显组成一个围绕黑洞旋转的吸积盘。

除了这团炙热的发光气体,科学家也曾利用毫米波长望远镜观测到,距离黑洞几光年内有另一团相对较冷的氢气云块(约 1 万℃),直径约人马座 A* 直径 20,000 倍,质量估计为地球 30 倍,不过我们同样不清楚这些冷气体对滋养黑洞有何贡献。

▲ 较冷氢气团(蓝色)在黑洞周围流动。

所幸现在,靠着阿塔卡玛大型毫米及次毫米波阵列(ALMA)更灵敏的细节分析能力,科学家终于看见这团较冷气体确实形成了吸积盘,围绕黑洞旋转。

黑洞周围强烈的辐射可导致氢原子不断失去、重组电子,这道过程会形成一种独特的毫米波长讯号,在宇宙行进也不易损耗,ALMA 便观察这些拥有特定波长的光粒子在黑洞周围分布,因而发现了椭圆形的圆盘,且中间有一个空隙,也就是黑洞;并且,圆盘一侧光被拉伸(红移),另一侧光则被压扁(蓝移),表明圆盘一侧朝地球移动,另一侧则背向地球移动──这就是旋转吸积盘的明显标志!

天文学家不只终于成像人马座 A* 周围难以捉摸的吸积盘,也能研究它的旋转特征、进食胃口好不好。团队估计,吸积盘质量约介于太阳质量的 0.00001~0.0001 倍,具体数据要取决于吸积盘厚度,而我们的超大质量黑洞,每年大约只吞食 2.7×10 -10  太阳质量的物质,或说不到月球质量的一半。

新论文发表在《自然》(Nature)期刊。

  • Cool Gas Circles Milky Way’s Supermassive Black Hole
  • A Cool, Gassy Ring Has Been Detected Around Our Galaxy’s Gigantic Black Hole
  • The accretion disk around our galaxy’s black hole has been spotted at last
  • Cool, Nebulous Ring around Milky Way’s Supermassive Black Hole

(图片来源:美国国家电波天文台)

2019-06-06 22:04:00

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