中國科學家計算出超大質量黑洞外流氣體尺度

中國科學家計算出超大質量黑洞外流氣體尺度


超大質量黑洞產生的強大輻射可以將其周圍氣體電離,並吹向星際空間形成高速外流,對其所在星系造成影響。但受目前觀測能力限制, 人們對外流高速氣體的物理性質及其對星系演化的具體影響了解甚少。

中國科學技術大學天文學系教授王挺貴和劉桂琳利用光譜吸收線光變,首次得到了超大質量黑洞所驅動高速氣體的物理性質分佈,證明高速外流氣體有足夠的能量影響星系演化。王挺貴指出,超大質量的黑洞可以吸積周圍物質(如塵埃、氣體等密度很低的物質),形成圍繞黑洞旋轉的吸積盤。吸積盤產生強烈的多波段電磁輻射(功率超十兆倍太陽光度),並對黑洞附近的氣體產生巨大的推動力。因此,圍繞黑洞打轉的氣體又被推出來。可以說黑洞浪費的食物比吃下去的還多。

中國科學技術大學天文學系特任副研究員何志成表示,推出來的外流氣體速度可達0.1倍光速,擁有巨大能量。 外流氣體所攜帶的能量可能會將星系中的物質‘撞’出去,改變星系的質量,從而影響星系演化。他指出外流氣體的尺度是理解外流起源,以及衡量其對星系環境影響的關鍵參數之一。然而,傳統方法只能測量寬度較窄的光譜吸收線,對典型的寬吸收線外流氣體束手無策。因此近三十年來,科學家僅測量了二十多個外流氣體的數據,其它典型氣體數據尚未可知。

由於與傳統測量方法思路不同,研究人員需要另闢蹊徑,從光譜光變的角度研究高速外流氣體的性質。當黑洞、外流氣體及地球三點連成一條直線時,外流氣體在光譜上表現為吸收線。研究人員用望遠鏡觀看,確定了光譜吸收線光變的原因為黑洞吸積盤輻射光度的變化。接下來,利用吸收線光變探測率曲線,推導出外流氣體對中心黑洞吸積盤輻射變化的響應時標分佈。

何志成表示,響應時標與密度成反比,由此我們最終確定了這些高速電離氣體的密度分佈,進而知道了氣體的尺度和能量。利用此方法,結合美國斯隆數字巡天(Sloan Digital Sky Survey)發佈的光譜數據,研究人員首次給出大樣本中近一千個外流氣體的物理性質分佈。確定了外流氣體到中心黑洞的距離為數十光年量級,且能量大約超過黑洞吸積盤輻射的5%,足夠影響星系的演化。

【圖:歐洲太空總署;文:節錄自科學網頁;新聞訊息由林景明提供】研究全文刊登在已經出版的《自然-天文學》期刊

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