吞噬一切 “太空饕餮”黑洞 它为何不对周围的云下虎口？

一旦你将视野置于地球雄伟的天空之外，“云”这个词不再意味着是一个可以产生雨水的白色蓬松结构。相反，云层在浩瀚的宇宙中是比它的周围环境密度更大的笨重区域。

该插图描绘了一种活动星系核中的类星体，周围环绕着都是尘埃的甜甜圈形状的圆环（torus）和一团团的云。这些云刚开始很小，但是可以延伸到超过1秒差距（3.3光年）宽。在上图中，这些云距离环面至少1秒差距。

图源：尼摩·阿卜克纳尔（Nima Abkenar）插图

太空望远镜在超大质量黑洞的附近观察到这些宇宙云，任何光都无法逃脱这些神秘而稠密的物质，其质量相当于十万个太阳。几乎每个星系的中心都有一个超大质量的黑洞并且如果它从周围饕餮了大量气体和尘埃就会成为“活动星系核”(AGN)。最亮的一种活动星系核（AGN）叫做“类星体”。虽然我们无法看见黑洞本身，但是当物质靠近黑洞的事件视界被撕裂时，黑洞附近就会闪着极其耀眼的光，同时也意味着它踏上了一条不归路。

该图描绘了一个被吸积盘包围的快速旋转超大质量黑洞。薄薄的旋转吸积盘由类太阳恒星的残留物组成，这些残留物被黑洞的潮汐力撕裂。上图中用了各种标记来介绍黑洞迷人的结构。

图源：NASA

但黑洞才不像个真空吸尘器，因为它们不只是吸收所有靠近他们的物质。尽管某些物质直接掉进黑洞之后再也不会被看见，但是附近的气体会被喷射出来形成一个膨胀千年的外壳。这是因为在黑洞的事件视界附近的区域非常活跃，正是黑洞周围高速粒子产生的高能辐射将大量气体喷射进无垠的太空中。

科学家初步设想这些喷射气体的气流是稳定的。其实不然，它是厚重的，并且可以从黑洞延伸至1秒差距（3.3光年）之外。尽管它们开始时很小，但是能扩张到超过到1秒差距宽，甚至范围可至地球与太阳之外最近的恒星——比邻星（Proxima Centauri）之间的距离。

内华达大学拉斯维加斯分校的天体物理学家丹尼尔·普罗加（Daniel Proga），将黑洞周围厚重的云比作大量被挤在在高速公路匝道的汽车，它们在等待着交通信号灯的调节以进入正道。他还说“时不时就会有一堆车涌入匝道。”

如何解释出现在太空深处的这些云呢?普罗加及其同事用一个新的计算机模型提出了这个谜题的可能解决方案，并且在《天体物理学杂志通讯》（Astrophysical Journal Letters）发表了一篇由博士生兰德尔·丹宁（Randall Dannen）指导的论文。结果表明超大质量黑洞附近的极度高温可以让气体以极快的速度喷射出去，但是在特殊情况下也会形成云团。如果气体增速太快，它就不足以冷却到形成云团。计算机模型将这些因素考虑进去并且提出一种既能让气体传播远还能形成云团的机制。

该图为麒麟座V838，周围是围绕着超大质量黑洞的尘埃云。

图片来源：罗伯托·科伦巴里/美国宇航局/哈勃遗产团队

普罗加说：“在黑洞外壳边缘附近有一种摄动机制让气体的密度比往常更小，这种摄动让气体的加热效率非常高，远处的温度较低的气体就会被冲破。”

这种现象就像是使热气球漂浮的浮力。气球内的热空气比外面的冷空气更轻，内外的密度差使气球上升。

丹尼尔说：“这项工作非常重要，因为天文学家们为了解释我们在活动星系核中看到的现象时，把这些‘云团’放在某个给定的特定的位置或者特定的速度。他们通常并不考虑这些云团在最初形成时候所处的特殊环境。而我们的工作，就为它们的形成提出了一种可能的解释。”

但是该计算机模型只关注了云团的外壳，而没有考虑到黑洞吸积盘的物质漩涡。他们接下来的工作，就是研究气体的流动是不是来源于吸积盘本身，同时，一些云团能够达到约每小时2000万英里（约合每秒1万公里）的惊人速度，这道未解的谜题也是他们下一步工作的重点。

这项研究涉及活动星系核物理学中的重要课题，得到了美国宇航局（NASA）的资助。并由丹宁、普罗加、内华达大学拉斯维加斯分校(UNLV)博士后学者蒂姆·沃特斯和前UNLV博士后学者谢尔盖·戴达（现剑桥大学）合著。

BY: Elizabeth Landau

FY: Estrella

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