科学家首次目睹超大质量黑洞吞噬高温气体(图)

　　北京时间8月1日消息，根据一项最新研究结果，一个超大质量黑洞吞噬周遭炙热气体的场景第一次在X波段被清晰观测地收入眼底。
 

　　黑洞通过吞噬周遭的物质而迅速成长。当气体物质在强大的引力下滑向黑洞时产生剧烈的辐射，而正是这些X波段的剧烈辐射让科学家们得以目睹这一切的发生，并加深我们对于黑洞吞噬行为，以及物质在这种极端情形下如何表现的理解。
 

　　美国宇航局的钱德拉X射线空间望远镜对星系NGC 3115核心的超大质量黑洞进行了详细观测，这一星系距离地球约3200万光年。之前已经有大量数据证明这里存在一个超大质量黑洞，并正大肆吞噬周遭的物质。但是这一次的观测清晰度前所未有，首次清晰显示出下落的炙热气体发出的辐射。

 

　　“首次找到清晰的证据证明这里有大量的炙热气体正被黑洞吞噬非常令人兴奋，”来自亚拉巴马大学的王凯玮(Ka-Wah Wong，音译)说。“钱德拉塞卡望远镜的超高分辨率为我们提供了一个独特的机会，得以让我们加深对黑洞吞噬周遭物质行为的理解。”

 

　　王博士是这一有关黑洞行为的研究论文的第一作者，他们的论文已经发表在7月20日出版的《天体物理学快报》上。

 

　　气体流

　　通过拍摄距离黑洞不同距离上的高温气体图像，科学家们可以计算出一个临界位置，在这一位置以内，气体主要受黑洞引力场的影响并开始下落。这一临界值被称为“邦迪半径”(Bondi radius)。
 

　　当气体高速下落，由于摩擦和挤压，气体的温度会急剧上升，这是已经为X射线波段的观测所证实的。科学家们此次发现这些气体的温度在距离黑洞大约700光年处开始上升，这暗示此处便是邦迪半径的临界区。
 

　　这次的钱德拉望远镜观测数据也证实了之前的光学观测数据，即星系NGC 3115中央的黑洞质量约为20亿倍太阳质量。这使其成为距离地球最近的此类超大质量黑洞。
 

　　研究人员表示，钱德拉的数据显示靠近黑洞区域的气体密度要比远处高，这符合理论预计。结合观测数据和理论推算，天文学家计算出每年大约有相当于太阳质量2%的气体物质在引力作用下越过邦迪半径并最终陷入黑洞。
 

　　异常的黯淡

　　但是这次的观测也发现了一些难以理解的谜团。考虑到有巨量的能量转化为辐射，研究小组认为NGC 3115核心区域的实际亮度比理论计算暗了大约100万倍。
 

　　论文合著者，同样来自亚拉巴马大学的吉米·埃尔文(Jimmy Irwin)说：“天体物理学中一个大谜团就是超大质量黑洞周围怎么会如此之暗。要知道这里被吞噬物质正被剧烈挤压和摩擦，应当有大量的辐射发出。这次观测的黑洞正是这一问题的典型案例。”
 

　　目前有几种理论来解释这一问题。一种理论认为尽管很多物质在引力作用下越过了邦迪半径，但真正落入黑洞的物质的量要比这少得多。另一种理论认为在黑洞吞噬物质的过程中能量转化为辐射的效率要比我们之前预计的低得多。
 

　　不同的理论模型对于气体下落过程中不同距离上的物质密度上升情况会有不同的计算结果。因此未来更加精确的密度观测数据将最终帮助科学家们判断究竟哪些理论是正确的。