北京
【CNMO科技消息】宇宙中几乎每个大型星系的中心都存在一个超大质量黑洞，其质量从数百万到数十亿倍太阳质量不等。黑洞通过吞噬周围物质不断生长，但与此同时也会喷射出强大的能量喷流，加热周围气体并延缓新恒星的形成，进而影响整个星系的演化进程。这一现象长期困扰着研究人员：当黑洞喷射喷流并将周围气体驱散到远处时，它本应消耗的"燃料"也随之流失，为何黑洞不会因此"断粮"，反而能够持续生长？
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为解释这一谜题，研究人员此前提出了一种假设：被热量吹散的气体在星际空间中逐渐冷却，凝结成细长的丝状结构，随后这些丝状物质重新落回黑洞附近。一项最新发表的研究为验证这一想法提供了关键证据。由蒙特利尔大学教授朱莉·赫拉瓦切克-拉龙多领衔的国际研究团队，对半人马座星系团中的中心星系NGC 4696进行了观测，首次直接证明了这类丝状结构与中心黑洞之间的关联。
NGC 4696距离地球约1.45亿光年，此前已被广泛观测，其中心黑洞周围存在一个S形螺旋结构。本次研究中，团队利用詹姆斯·韦伯空间望远镜的近红外光谱仪对该星系中心区域进行了约8小时的持续观测，分辨精度足以识别直径仅约30光年的结构。做个形象的比喻：如果将一个直径30万光年的星系缩小到足球场大小，那么这次观测的分辨能力相当于在50公里外识别出场上放置的一颗弹珠。
观测结果显示，这个S形螺旋结构实际上是一个围绕黑洞旋转的气体盘。该气体盘直径约800光年，在黑洞巨大引力的拉扯下，气体以每秒数百公里的速度旋转。研究团队测得气体盘两侧边缘的速度差约为每秒600公里。更重要的是，观测清晰显示由冷凝气体形成的丝状物质直接流入气体盘边缘，气体沿着这些丝状通道行进，在盘中汇聚，最终作为"燃料"输送给黑洞。这一完整路径首次被直接可视化。
赫拉瓦切克-拉龙多表示：“韦伯望远镜揭示的是，黑洞或许是宇宙中终极的回收者。它们释放出巨量能量加热周围环境，而这些气体随后又能冷却成细丝落回内部，重新喂养黑洞。我们终于亲眼看到了这个自我维持的循环在运作。”
研究团队还进行了计算机模拟，进一步揭示了其中的物理机制。当丝状气体落向黑洞时，被拉伸的磁场如同绳索一般产生扭矩，消除气体的角动量，使气体能够落入盘中而非被甩散。模拟还显示，接收下落丝状物质的气体盘并不会保持固定的空间朝向。由于丝状气体从多个不同方向流入，气体盘的轴线会发生摆动，导致能量喷流的方向也随之偏移。这使得喷流能够更均匀地加热星系团中心区域，而非集中在单一方向，从而防止气体过度冷却。
研究人员同时指出，在其他星系团中心星系中，若黑洞产生的能量喷流更为强劲，喷流能量可能大到根本无法形成气体盘，周围气体将处于混沌状态。换言之，黑洞活动强度的差异能够从根本上改变周围气体的行为模式。
本次发表的研究是基于韦伯望远镜观测数据的三篇系列论文中的首篇，聚焦于温度约10000开尔文的相对温暖气体，另外两篇分析其他温度气体行为的论文目前正在准备中。这一发现还促成了韦伯望远镜额外观测计划的获批，以及全球多台望远镜的协同观测安排。研究人员正在加速搜寻证据，以确定类似的宇宙回收系统是否也在其他星系中运作。
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