历经半个世纪搜寻，科学家终于发现银河系黑洞吹出的黑洞风

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原作：罗伯特·李

翻译：陈浩

校译：王婧彧、申振宇、牧夫校对组

编排：毫秒

后台：李子琦

https://www.space.com/astronomy/black-holes/scientists-find-wind-blowing-from-our-milky-ways-black-hole-after-half-century-search-there-it-is

“这就是大家50年来一直在寻找的东西。”

由阿塔卡马大型毫米/亚毫米波阵列（ALMA）和钱德拉X射线望远镜拍摄的银河系中心景象。

（图片来源：X射线：NASA/CXC/ Northwestern Univ./M. Gorski；射电波段：ESO/NAOJ/NRAO/ALMA；图像处理：NASA/CXC/SAO/K. Arcand 和 P. Edmonds；NASA/ UMass/D. Wang 等。）

经过50年的搜寻，天文学家终于发现了来自银河系中心超大质量黑洞——人马座A*（Sgr A*）——的强劲风暴证据。这一发现加深了我们对超大质量黑洞周围以及银河系中心环境的理解。

科学家们长期以来一直认为，黑洞在吞噬物质的同时会释放能量，从而将物质从其周围推开，这一过程被称为“黑洞风”。人马座A*也是如此，但它摄取的气体和尘埃极其稀少，若以人的进食量为参照，相当于每百万年只吃一粒米。

问题在于，科学家们一直未能搜集到黑洞风吹过银河系中心的证据。这一谜团在天文学界悬而未决长达近半个世纪——直至今日才逐渐揭开它的面纱。

“除非黑洞存在于完全真空的环境中，否则它必然会以某种方式喷射出黑洞风，然而在星际空间中也并不存在完美真空。”研究团队联合负责人、西北大学研究员马克·戈尔斯基在一份声明中表示，“借助新的观测数据，我们首次获得了足够清晰的图像，得以观察到这种风留下的痕迹。我们审查数据时不禁感叹：‘终于找到它了。这就是大家50年来一直在寻找的东西。’”

观测黑洞风，绝非易事。

科学家们早已知道，正在吸积物质的黑洞会驱动强大的外流，其中包括喷流和黑洞风。当落向黑洞的物质被加速至接近光速时，会产生压力将落入的物质再推开，从而形成黑洞风。此前，人们已在高吸积率黑洞中观测到这种现象，但在几乎不“进食”的人马座A*上却未曾发现。这是因为，首先它摄入的物质稀少，其次，从我们太阳系的角度去观测会被银河系平面所遮挡，因而追踪这种黑洞风是极为困难的。

戈尔斯基在西北大学的同事、该研究团队的联合负责人莉娜·穆尔奇科娃指出，科学家们首次在人马座A*周围极近处探测到了为这个超大质量黑洞提供物质的分子气体。这一发现让科学家们确认人马座A*和其它超大质量黑洞也是类似的。

“风力并不太强劲，而且风向也可能随时间偏移。这表明我们银河系的黑洞并非独一无二，我们在宇宙中的位置也并非独一无二，”穆尔奇科娃补充道。“要观测我们银河系的这个黑洞，我们必须透过银河系的平面进行观测。这意味着我们必须穿透气体、尘埃和电离结构来观察，而要穿透这些物质进行观测非常困难。”

这张银河系中心的合成图像，融合了ALMA的射电数据和钱德拉天文望远镜的X射线数据。

（图片来源：X射线：NASA/CXC/UMass/D. Wang等人；射电：ALMA(ESO/NAOJ/NRAO)/S. Longmore等人；背景：ESO/D. Minniti等人。）

为了克服这些困难，研究团队利用了位于智利北部，由66个射电天线阵列组成的阿塔卡马大型毫米/亚毫米波阵列（ALMA）对银河系中心进行了五年深度观测。这些观测数据为人马座A*周围约3光年范围内的冷分子气体提供了迄今为止最清晰的图像。科学家们从这些观测结果中发现的最令人震惊的一点是，在这片冷却的气体云中存在着一个长达3光年的锥形空洞。他们推测，这个空洞必定是被黑洞风中更热的气体清扫出来的，这些热气体可能将前方的冷气体推开，也可能将冷气体加热。

“如果从黑洞中喷射出高温物质，它不会与低温物质共存，”戈尔斯基说，“它要么会将低温物质挤出去，要么会将其加热。而且，如果温度过高，低温气体也就不再存在了。”

人马座A* 周围的区域星体密集，虽然这些恒星也会向外喷射物质风，但研究团队认为，这些恒星风所携带的能量不足以雕琢出如此巨大的空洞。

“这表明存在大量物质流失。我们计算过形成这个空洞所需的能量，而该区域的恒星所能提供的能量远不足以满足这一需求，”戈尔斯基解释道。“简而言之，这必然源于超大质量黑洞的能量输入。而且，如果你顺着锥体的侧面形状看，它正好指向那个黑洞。”

为了再次验证研究结果，科学家们参考了美国宇航局的钱德拉X射线空间望远镜对同一区域的观测数据。

“非同寻常的论断需要非同寻常的证据，”戈尔斯基说，“我们想确保自己看到的并非某种成像伪影。钱德拉望远镜拍摄的X射线图像恰好与研究结果完美契合，分子特征完全吻合。”

通过揭示来自冷气体空洞区域的X射线辐射，ALMA的观测结果得到了证实。

穆尔奇科娃说，“当你发现某种前所未见的事物时，脑海中闪过的第一个念头并不是‘天哪，我们有新发现’，而是‘天哪，我的分析哪里出错了？’，但当我们将新的图像与X射线图像叠加在一起时，一切就说得通了。”

一张位于银河系中心的超大质量黑洞“人马座A*”的图像。

（图片来源：EHT合作组）

虽然研究团队的成果证实，与其它星系中位于明亮而剧烈活动区域、也就是活动星系核（AGN）中的超大质量黑洞相比，人马座A* 异常平静，但这股黑洞风的活动却并不是看上去那般无精打采。事实上，科学家认为它已经肆虐了大约2万年。

“大多数其它星系在其生命周期的大部分时间里都处于并不特别活跃的状态，”穆尔奇科娃说，“但我们只能在它们处于‘烟花绽放’阶段时观察到它们。研究处于‘烟花绽放’阶段的黑洞虽然引人注目，但那其实并非它们的主要状态。人马座A* 终于为我们打开了一扇窗口，让我们得以窥见黑洞处于这种平静状态时的生命历程。”

责任编辑：杨宜修

牧夫新媒体编辑部

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围绕着银河系超大质量黑洞（即人马座A*或Sgr A*）的一团恒星和气体。

图片来源：ESO/D. Ribeiro，MPE GC团队代表

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