牛顿探测器探测到阻碍恒星形成的黑洞风

观测结果显示,黑洞可以通过喷射气体来改变星系,阻碍恒星的形成,这对理解星系演化具有重要意义。

黑洞就像喜怒无常的蹒跚学步的孩子。他们总是把食物洒出来,但欧空局的XMM-Newton在一顿文明的饭菜中发现了一个黑洞,即“翻桌子”。

这一行为阻止了黑洞周围的星系形成新的恒星,让我们深入了解黑洞和星系是如何共同演化的。

 

每个大星系的中心都有一个超大质量黑洞,其巨大的引力从周围吸收气体。当气体向内螺旋时,它会在黑洞周围聚集成一个扁平的“吸积盘”,在那里它加热并点亮。随着时间的流逝,最接近黑洞的气体会通过不归路并被吞噬。

然而,黑洞只消耗了一小部分螺旋向它们旋转的气体。在环绕黑洞时,一些物质被抛回太空,就像一个凌乱的蹒跚学步的孩子如何洒出很多盘子里的东西一样。

在更具戏剧性的情节中,一个黑洞将翻转整个餐桌:吸积盘中的气体以如此高的速度向各个方向抛出,以至于它清除了周围的星际气体。这不仅剥夺了黑洞的食物,还意味着没有新的恒星可以在广阔的区域上形成,从而改变银河系的结构。

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明亮的蓝色恒星环环绕着这个螺旋星系明亮、活跃的核心。它被称为Markarian 817,位于4.3亿光年外的天龙座北部。在远离中心的地方,银河系显示出强烈的恒星形成区域和沿着其旋臂的星际尘埃的暗带。这个星系中心的怪物黑洞的质量是太阳的四千万倍。它被一个巨大的物质盘包围着,围绕着超大质量黑洞,超大质量黑洞正在以每小时数百万公里的速度将物质喷射到太空中。这可以从银河系中心发出的明亮的白光中看到。

史无前例的观察

到目前为止,这种超快的“黑洞风”只被探测到来自极其明亮的吸积盘,这些吸积盘处于它们可以吸入多少物质的极限。这一次,XMM-Newton在一个明显平均的星系中探测到了超快的风,你可以说这“只是零食”。

“如果风扇打开到最高设置,您可能会期望风速非常快。在我们研究的星系中,称为Markarian 817,风扇在较低功率设置下打开,但仍然会产生令人难以置信的能量风,“本科研究员Miranda Zak(密歇根大学)指出,他在这项研究中发挥了核心作用。

“观测超快风是非常罕见的,探测到具有足够能量来改变其宿主星系特征的风就更不常见了。事实上,Markarian 817产生了大约一年的风,虽然没有处于特别活跃的状态,这表明黑洞可能比以前认为的更能重塑它们的宿主星系,“共同作者Elias Kammoun补充道,他是意大利罗马特雷大学的天文学家。

被风阻挡的X射线

活跃的星系中心发出高能光,包括X射线。Markarian 817在研究人员中脱颖而出,因为它非常安静。米兰达使用美国宇航局的斯威夫特天文台观察银河系时说:“X射线信号太微弱了,我确信我做错了什么!

使用欧空局更灵敏的X射线望远镜XMM-Newton进行的后续观测揭示了真正发生的事情:来自吸积盘的超快风就像一个裹尸布,阻挡了从黑洞(称为日冕)周围发出的X射线。这些测量结果得到了美国宇航局NuSTAR望远镜观测的支持。

对X射线测量的详细分析表明,Markarian 817的中心远没有发出任何“一口气”气体,而是在吸积盘的广阔区域产生了阵风风暴。风持续了数百天,由至少三个不同的部分组成,每个部分都以光速的百分之几移动。

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这位艺术家抽象显示了从马卡里安817星系中心吹出的超快风。这些风以每小时数百万公里的速度移动,从广阔的太空区域清除星际气体。没有这种气体,银河系就无法形成新的恒星,银河系中心的黑洞也没有什么可吃的了。

这解决了我们对黑洞及其周围星系如何相互影响的理解中的一个悬而未决的难题。有许多星系 – 包括银河系 – 似乎在其中心周围有大片区域,其中很少有新恒星形成。这可以用黑洞风来解释,黑洞风清除了恒星形成的气体,但这只有在风足够快,持续足够长的时间,并且是由具有典型活动水平的黑洞产生的的情况下才有效。

“在黑洞研究中,许多悬而未决的问题都是通过长时间的观测来实现探测的问题,这些观测持续数小时以捕捉重要事件。这凸显了XMM-Newton任务对未来的重要性。没有其他任务可以提供其高灵敏度和长时间不间断观测能力的结合,“欧空局XMM-Newton项目科学家Norbert Schartel说。

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