急速成长中的超大质量黑洞周围的构造

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编译：甘林

校译：遠山 真理

审阅：牧夫天文校对组

编排：张一帆

后台：李子琦

https://www.nao.ac.jp/news/science/2023/20230719-mizusawa.html

在星系的中心，存在着质量达到太阳数百万倍到百亿倍的超大质量黑洞。拥有着如此超大质量的黑洞是如何成长起来的呢？这至今仍是天文学的一大谜团。

科学家们使用VERA望远镜成功地捕捉了正在急速成长的超大质量黑洞附近发射出的射电辐射，并解明了这些射电辐射受周围气体影响的情况。这一成果为理解超大质量黑洞的成长和演化机制提供了重要线索。

窄线赛弗特1型星系(以下简称NLS1)是具有活动星系核，在可见光中可以观测到特殊光谱的星系。在NLS1中，存在着质量还比较小，正在迅速吸积周围气体，不断成长中的超大质量黑洞。但是，NLS1辐射的射电辐射比类星体和射电星系等存在质量更大的黑洞的星系要弱，因此迄今为止还没有观测到中心区域气体分布的详细情况。

超大质量黑洞附近的气体发射的无线电波通常具有偏振这一特点（类似于可见光的偏振），表现为电磁波沿特定方向振动。当这种偏振经过黑洞周围存在磁场的气体时，会发生偏振面的旋转，即所谓的"法拉第旋转"现象。由于这种旋转的程度（旋转量）取决于气体的密度和磁场强度，因此它成为探索超大质量黑洞周围气体和磁场分布的重要线索。在已经充分成长的超大质量黑洞所在的星系中，法拉第旋转已经被广泛研究，但在NLS1（窄线赛弗特1型）中几乎没有观测例，因此被认为是解开黑洞快速成长之谜的关键问题。

本研究的概念图。位于星系中心的急速成长中的超大质量黑洞，正在喷出喷流 。从黑洞附近发出的电磁波在通过周围带有磁场的气体时，观测到的偏振面会发生旋转。(图片来源:日本国立天文台)

在日本国立天文台进行研究的东京大学大学院理学系研究科博士课程的高村美恵子女士为首的国际研究团队，着眼于离地球比较接近的6个NLS1（窄线赛弗特1型），利用国立天文台运营的VLBI（Very Long Baseline Interferometry）观测网络中的VERA望远镜对每个超大质量黑洞附近的详细情况进行了观测。VERA望远镜具有高分辨率，并通过新开发的“宽带·偏震波接收系统”成功探测到了过去难以探测到的NLS1中心发出的微弱偏振。同时，该团队首次成功地推导出NLS1产生的偏振波的法拉第旋转。

根据这次观测的结果，可以推测NLS1的法拉第旋转的旋转量是很大的，表明从黑洞附近射出的电磁波受到了周围带有磁场的气体很大的影响。此外，通过迄今最高分辨率的观测，证实了NLS1中心的黑洞附近存在丰富的气体。NLS1的质量相较于成熟的超大质量黑洞要小得多，仅为成熟黑洞的十分之一到百分之一左右，但研究结果表明这些黑洞有可能会进一步成长为更大的黑洞，成为类似类星体那样极其明亮耀眼的天体。

本研究成果 Takamura et al.“Active Narrow-line Seyfert 1 Galaxies with VERA”《Wideband Polarimetry》一文刊登在美国天体物理学专业杂志《天体物理杂志》上。

责任编辑：甘林

牧夫新媒体编辑部

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CMS探测器中模拟的可能创建微型黑洞碰撞事件（图源：欧洲核子研究中心）

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