黑洞是藏在自己的廢氣裡

畫家構思藏在自己廢氣裡的黑洞
天文學家已在許多星系中心找到質量為太陽百萬倍或數十億倍的超大質量黑洞。位在星系裡的這力大無窮之物,常隱藏在一圈貌似「甜甜圈」的環狀氣體塵埃盤中。早先觀測認為,形成這種能藏匿東西的結構體的物質,應該就來自星系中心:來者不拒、就地取材。

阿塔卡馬大型毫米波/亞毫米波陣列從最近一次新觀測發現到,正如我們所已知的,黑洞有吸積盤,會噴發出物質,然而,NGC1068星系中心的氣體塵埃盤實際上是由它所匿藏的黑洞所拋出之物質形成的。

所以,這座新發現、猛噴著冷氣體塵埃的宇宙噴泉,讓我們對「黑洞如何影響宿主星系」、「黑洞對星系際介質有何影響」等看法都大為改觀。

賓州巴克納爾大學(Bucknell University)的傑克·加利莫爾(Jack Gallimore)建議大家把黑洞想成一個引擎,而讓這個引擎發動的燃料,來自一圈不斷朝黑洞掉下東西、扁扁的氣體塵埃盤,黑洞「和引擎一樣會排放廢氣」,而黑洞排出的廢氣,正是令星系中心的超大質量黑洞周圍區域從可見光望遠鏡看來會一團模糊的原因。

NGC 1068 (或稱 M77星系)位於鯨魚座,距離地球約四千七百萬光年,從外型分類是屬於棒旋星系。在這個星系中心,有活躍星系核,超大質量黑洞從薄薄的會旋轉的氣體塵埃盤進食、長大。吸積盤上的物質,在朝中央黑洞邊轉邊落下的過程中產生高熱,並且發出強烈的紫外光輻射。但在盤外圍,溫度低得多,主要會在紅外波段及毫米波段發光;毫米波段,是阿塔卡馬大型毫米波/亞毫米波陣列望遠鏡可以觀測的波段。

最近有國際天文學者團隊運用阿塔卡馬大型毫米波/亞毫米波陣列望遠鏡深入吸積盤的外圍區域觀測,發現了少量以一氧化碳為成分的低溫氣雲,正在吸積盤外側準備要發動。內盤的高熱能量讓這些雲的局部發生電離、使之變得可附著在由外將氣雲籠罩的強大磁場上,這些雲,就像公園裡定時灑水器快速朝周圍呈圓形噴灑的水那樣,從吸積盤上,由裡朝外沿磁力線離心噴出、並加速達每秒四百或八百公里左右的速度,比原來吸積盤轉速快了將近3倍,這造成雲可從星系的中心被拋擲到星系更外面的效果,甚至氣雲的快速運動達到「脫離速度」,於是從盤的上下兩面,呈圓錐狀地向外拋擲。因此,藉由這次阿塔卡馬大型毫米波/亞毫米波陣列觀測,我們終於頭一次了解到:原來對黑洞造成若隱若現藏匿效果的,不是朝吸積盤向下掉落的氣體,而是從盤內被噴發到盤外的氣體!

加利莫爾總結說,這意味著過去我們用來理解活躍黑洞的普通理論敘述得太過簡單,實際情形其實還較為複雜。

這幾位天文學家希望未來觀測時,能幫黑洞計算一下燃料吞吐量──看看吃進去的質量有多少,吐出來的又有多少。這項很重要的量化資訊,是本次觀測可說完全沒掌握到的部分。

【圖、文:節錄自中央研究院天文和天體物理學研究所網頁】

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