新研究揭示黑洞吞噬周围物质的不同方式

Daphane

來源: 新浪科技

新浪科技讯 北京时间5月28日消息，英国和荷兰的天文学家在一项新研究中指出，所有位于星系中心的超大质量黑洞似乎都有吞噬周围物质的时期，但它们的相似之处也仅限于此。他们利用超高灵敏度的射电望远镜对宇宙中一处已被详细研究的区域进行了观测，得出了这一结论。详细的结果发表在《天文学与天体物理学》（Astronomy & Astrophysics）上。　　自20世纪50年代以来，天文学家一直在研究活动星系，这些星系的中心都具有一个不断吞噬物质的超大质量黑洞。在活跃阶段，超大质量黑洞经常释放出极强的无线电、红外线、紫外线和X射线辐射。

一个具有活跃星系核的星系（想象图），中心为超大质量黑洞。当黑洞吞噬物质时，两股强大的喷流就会在黑洞的边缘形成。这些喷流形成了巨大的“射电云”，可以被射电望远镜探测到　　在两篇新发表的论文中，一个由天文学家组成的国际团队集中研究了大熊座北部区域的所有活动星系。到目前为止，天文学家已经对该区域进行了大量的研究，主要是通过太空望远镜收集其可见光、红外光和紫外光信号。在新的观测中，研究团队获得了来自射电望远镜网络的数据，包括英国的e-MERLIN望远镜阵列和欧洲甚长基线干涉测量网络（EVN）。
　　通过这项系统性的研究，天文学家得出了3个清晰的结论。首先，事实证明许多不同类型星系核可以具有不同的活跃方式。有的“贪得无厌”，会吞噬尽可能多的物质；有的则“消化较慢”，还有的已经几乎没有物质可供吞噬。
　　其次，在少数情况下，吸积阶段与恒星形成阶段会同时发生。如果恒星正在形成，则星系核的活动就很难被探测到。第三，星系核的吸积过程可能会产生，也可能不产生无线电喷流，无论黑洞吞噬“食物”的速度有多快。
　　该研究的主要作者杰克·拉德克利夫来自南非的比勒陀利亚大学，之前在荷兰格罗宁根大学和英国曼彻斯特大学任职。他表示，观测结果表明射电望远镜最适合用于研究遥远宇宙的黑洞吞噬情况。“这是个好消息，因为SKA射电望远镜即将上线，它们将使我们能够更深入地观察宇宙，了解更多细节。”SKA即“平方千米阵”（Square Kilometre Array），是计划中的下一代巨型射电望远镜阵列，有效接收面积可达大约1平方公里，灵敏度将比目前世界上最大的射电望远镜还高50倍。
　　研究作者、荷兰格罗宁根大学的彼得·巴特尔补充道：“我们观察到了越来越多的证据，表明所有星系的中心都有超大质量黑洞。当然，它们肯定是经过一步步成长，才达到今天的质量。通过我们的观察，现在我们看到了这些质量增长过程，并开始逐步了解它们，尽管进度较慢，但都很扎实。”
　　另一位研究作者、英国曼彻斯特大学的迈克尔·盖瑞特说：“这些美妙的结果显示了射电天文学的能力。VLA（甚大天线阵）、e-MERLIN和EVN等望远镜正在改变我们对早期宇宙中星系演化的看法。”
　　射电天文学与射电望远镜
　　射电天文学是通过电磁波频谱以无线电频率来研究天体的天文学分支，其所用的技术与光学相似，但由于射电望远镜所观测的波长较长，因此体积更为巨大。对来自宇宙天体的无线电波进行初步探测是在20世纪30年代，美国无线电工程师卡尔·央斯基利用天线阵接收到了从银河系中心发射出来的无线电波，并根据观测结果绘制了第一张射电天图。这一发现标志着射电天文学的诞生，“央斯基（Jansky）”后来也成为天体射电流量密度的单位，简写为“央（Jy）”。
1937年，美国天文学家格罗特·雷伯修建了一台9米直径的抛物面碟形射电望远镜，成为射电天文学的先驱之一。他重复了央斯基早期的工作，并进行了第一次无线电频率巡天。在后来的观察中，天文学家确定了多个不同类型的无线电发射源，包括恒星和星系，以及全新的天体类型，如射电星系、类星体和脉冲星等。
　　射电天文学还测量了星系的旋转速度，发现星系中有大量看不见的物质，但其又是可察觉的，这就是暗物质。宇宙微波背景辐射是射电天文学的另一个重大发现，为大爆炸理论提供了有力的支持。射电望远镜也可以用于研究距离地球较近的天体，包括太阳活动及太阳系行星的表面情况等。
　　目前世界上现役的著名射电望远镜包括：甚大天线阵（VLA），位于美国新墨西哥州的沙漠中，由27面口径25米的天线组成；阿塔卡玛大型毫米波天线阵（ALMA），位于智利北部的阿塔卡玛沙漠，有54座12米口径的天线和12座7米口径的天线；500米口径球面射电望远镜（FAST），位于中国贵州，是目前世界上单一口径最大的球面射电望远镜；俄罗斯的RATAN-600环状射电望远镜，直径576米；以及筹建中的平方千米阵（SKA）。