银河系的黑洞安静得诡异。科学家现已发现风消失的证据

科学家表示，他们探测到了来自银河系中心超大质量黑洞的宇宙级风的证据，这可能解开天文学史上悬而未决最久的谜团之一。

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人马座A*是一个质量约为太阳400万倍的巨大黑洞，困扰了科学界50多年。物理学定律决定了，与所有黑洞一样，该天体不仅应吞噬物质，还应以风或喷流的形式将部分物质抛射出去。然而，人马座A*却异常安静。尽管经过数十年的搜寻，科学家们只能收集到可追溯至两万多年前的风喷发线索，却没有找到更近期的。

“这是我们最近、研究最充分的黑洞，”伊利诺伊州埃文斯顿西北大学的研究助理教授马克·戈尔斯基说。“它是我们能够分辨、并观测到其周围所有物理过程的那一个，然而它似乎没有风。宇宙中的每个黑洞都应该是这种表现，但离我们最近的那个却不同。这曾是个大问题。”

如今，经过五年的观测，戈尔斯基和西北大学物理学与天文学助理教授莉娜·穆尔奇科娃认为，他们找到了那股“失踪”风的踪迹。两人制作了一张黑洞周围区域的高度详细图像。在图像中，戈尔斯基和穆尔奇科娃发现了一个巨大的锥形空腔，里面没有冷气体。

研究人员表示，这一特征只能是由直接来自该天体本身的热气体风所塑造。他们是6月4日发表在《天体物理学杂志快报》上的一项相关研究的共同第一作者。

“黑洞风就像吹风机，”戈尔斯基说。“它把炽热而湍急的气流吹向更冷、更致密的物质，就像吹向你湿漉漉的头发一样。这股风足够温暖、足够强劲，能把湿发中的水分加热吹干，还能让湿发稍微飘动——但不足以把头发从你头上完全吹掉。”这项研究提出，同样，来自黑洞的风中的热气体扫开了周围的冷气体，留下了清晰的痕迹。

科学家此前曾在其他星系中心的超大质量黑洞中观测到类似的物质外流，既有狭窄喷流的形式，也有宽广风的形式。马里兰大学帕克分校天文学教授克里斯托弗·雷诺兹表示，这些外流是黑洞向宿主星系注入能量、调节其生长的关键环节。他并未参与这项研究。

“在观察我们自己的超大质量黑洞时，这些外流一直非常难以捉摸——直到现在，”他在一封电子邮件中写道。“这项研究给出了相当有说服力的证据，表明来自我们星系超大质量黑洞的一股风已经向外穿过了周围的尘埃和气体。他们其实并没有直接看到风本身，但风的存在已经相当明显了。这需要对世界上最灵敏的射电望远镜近5年的数据进行非常细致的分析——真是一项了不起的成果。”

一股较弱的风

黑洞是一种引力极其强大的天体，连光都无法逃脱。大多数大型星系的中心都有一个超大质量黑洞——其质量可达太阳的数十亿倍。质量较小的黑洞是大质量恒星死亡后的残骸，但超大质量黑洞的起源却鲜为人知。

任何物质都无法逃脱黑洞的边界，即所谓的事件视界。然而，围绕黑洞旋转的物质会因摩擦和潮汐力而升温并发光，并释放出无线电波和X射线。当黑洞吞噬气体时，黑洞会以风或喷流的形式向外释放粒子，这些粒子以接近光速的速度运动，可延伸至太空中数千光年之远。一光年是光在一年内传播的距离，即5.88万亿英里（9.46万亿公里）。

利用智利的阿塔卡马大型毫米波/亚毫米波阵列射电望远镜，戈尔斯基和穆尔奇科娃绘制出了迄今为止最详细的人马座A*周围冷气体分布图，随后剔除了该天体产生的所有无线电干扰。剩余图像显示出一个长约3光年、张角为45度的空腔，一直延伸至黑洞本身。

研究人员随后利用美国宇航局的钱德拉X射线天文台证实，该区域的冷气体正被来自银河系中心的热等离子体（即电离气体）所塑造。“如果冷气体位于热等离子体的前方或后方，就不会存在如此强的关联性，”戈尔斯基说。“虽然我们没有直接探测到风中运动的粒子，但我们能够推断出这股风的方向和能量。”

据戈尔斯基称，主要有两个原因导致发现风的存在花了半个多世纪——从20世纪70年代首次观测到人马座A*至今。首先，仪器直到现在才足够先进，能穿透地球与银河系中心之间的气体和尘埃进行观测。另一个原因是，人马座A*正处于安静期，这使得风变得更弱，也就更难被发现。超大质量黑洞通常会在活跃期和安静期之间来回切换，这取决于它们周围物质的供应情况。

“我们的结果基本上表明，这个黑洞也有风，所以这并不奇怪，黑洞物理学总体上和我们预期的一样，”穆尔奇科娃说。“但风很难观测到，因为它太弱了。我们还从来没见到过黑洞吹出这么弱的风。”

穆尔奇科娃补充说，对其他星系中超大质量黑洞的观测观测到了极其强大的喷流，但这些事件很罕见。大多数时候，黑洞处于安静状态，只是轻轻吹一口气，这更难被发现，因为“没什么大动静”。

研究人员现在计划将冷气体图扩展到更大的区域，以全面评估风的影响。该团队还想制作一段气体接近黑洞的“电影”，以观察云团如何移动，并估算黑洞消耗了多少气体。

激动人心的发现

俄亥俄州立大学天文学系研究助理教授丹·威尔金斯表示，关于超大质量黑洞如何抛出风，研究人员仍有许多未解之谜，尽管科学家认为这可能是由于气体沿轨道环绕黑洞时，磁场被带着围绕黑洞旋转所致。威尔金斯并未参与这项研究。

他在一封电子邮件中写道：“在我们自己的星系中看到黑洞驱动风的证据，不仅为我们理解这些风是如何产生的提供了新途径，还表明超大质量黑洞即使没有经历快速增长的活跃阶段，仍然能够向宿主星系中发射风。”

黑洞产生的喷流和风是教科书级别的物理现象，科学家已经观测到许多超大质量黑洞将它们喷射到太空中。耶鲁大学约瑟夫·S·和索菲亚·S·弗鲁顿天文学与物理学教授普里亚姆瓦达·纳塔拉詹在一封电子邮件中表示，终于亲眼捕捉到我们自己星系中心黑洞的这种行为，令人“激动不已”。纳塔拉詹同样没有参与这项研究。

她说：“人马座A*长期以来一直是银河系中心天体物理学领域最大的难题：它近得足以进行极其精细的研究，却又异常安静，似乎没有风。这篇论文打破了这一固有印象。这就是耐心、深入的观测天文学获得回报时的样子。”

纳塔拉詹补充说，仍有许多悬而未决的问题，但对于一篇发现类论文来说，这再正常不过了。“作者们为学界提供了一个新的可观测现象，后续研究将会非常丰富，”她说。