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超大质量黑洞竟然有旋转方向相反的两个吸积盘

2019-10-21  lindan9997
majer @ 2019.10.21 , 12:00

虽说科学家们认为,每个大型星系的中心都存在着一个超大质量黑洞(SMBH)(我们的银河系就有一个),但用现有理论很难为它们的存在性作出合理解释。

据我们所知,死去的巨型恒星会形成黑洞。恒星坍塌理论很好地解释了大多数黑洞的形成机制:一颗比太阳质量至少高五倍的恒星,在其寿命即将结束时开始耗尽自身。恒星经历一次超新星爆炸,损失部分质量,然后坍塌成黑洞。天体物理学家认为SMBH最开始也应该就是如此形成的普通黑洞,随后在漫长的岁月中,通过蚕食附近的物质逐渐壮大自身,变成了超大质量黑洞。

这一理论的问题是,需要给SMBH足够漫长的成长时间。

距离我们约4700万光年外,在Messier 77或NGC 1068星系的中心有一个不同寻常的SMBH。

那是一个塞弗特星系——活动星系核的一个亚型,是一类中心有明亮恒星状天体的旋涡星系——意味着其中心的超大质量黑洞正在如饥似渴地吞噬周边的一切物质。

因此,黑洞周围环绕着巨大的漩涡状气盘——就像是马桶中的水,打着旋落入黑洞之中。在可见光波长下,黑洞吞噬气态物质时迸发出的强光掩盖了吸积盘的轮廓。但是,当切换至无线电波段,就能观察到更多的细节。

一组天文学家在智利使用Atacama大毫米/亚毫米阵列(ALMA)射电望远镜,找到了意料之外的东西。

美国国家射电天文台(NRAO)的天文学家Violette Impellizzeri说:“令人惊讶的是,我们发现了两个旋转方向相反的气态盘。反向旋转的气流是不稳定的,这意味着气态物质落入黑洞的速度比整齐地以同一方向旋转时要快。这可能是黑洞可以迅速生长的一种方式。”

M77中心的SMBH(又名M77 *)大约是太阳质量的1500万倍,这意味着其事件视界范围超过了8800万公里,而它引力的作用范围还要远得多。

根据研究人员的观察,围绕黑洞(像水冲入下水道)旋转的内盘,像个甜甜圈,范围大概是离黑洞约2光年处为内侧起始,并延伸到约4光年远处,中间这段环。外盘,从4光年到22光年,是以相反的方向旋转的环。

如果这确实是SMBH快速成型的原因,则又引发了另一个巨大的谜团。

Impellizzeri说:“我们没想到会这样,因为气体通常只会沿一个方向旋转落入黑洞。所以必然存在某些干扰,因为吸积盘不可能有部分区域只靠自身就开始反向旋转。”

事实是,大型天体结构中,确实存在某些局部逆向运动的可能。通常出现在星系尺度上,异常部分往往距离银河系中心数千光年。

Bucknell大学的天文学家Jack Gallimore说:“反向旋转总是由两个星系之间的碰撞或相互作用引起的。这一结果引人注目的是,它们的范围很小,只有数十光年”

研究团队认为可能是,反向旋转的物质从宿主星系落入吸积盘,或者黑洞吸走了经过的反向旋转的卫星矮星系。而且,尽管当前轨道稳定,但可能只是暂时的现象。

“当外盘开始掉落到内盘上时,会发生变化——可能会在数十万年后发生。旋转的气流碰撞并变得不稳定,并且分层的吸积盘可能会坍塌。气体分子落入黑洞,互相摩擦,迸射出海量的电磁波。遗憾的是,我们无缘亲眼目睹这场浩大的烟火秀。”

该研究已发表在《天体物理学杂志》上。

本文译自 sciencealert,由译者 majer 基于创作共用协议(BY-NC)发布。

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