詹姆斯·韦伯太空望远镜拍摄到了黑洞周围区域最清晰的图像，解开了长期存在的银河系之谜。
詹姆斯·韦伯太空望远镜以前所未有的细节放大观测了超大质量黑洞周围的结构（插图）。哈勃太空望远镜拍摄的图像（背景）展示了宇宙背景。 （图片来源：NASA、ESA、CSA、Enrique Lopez-Rodriguez（南卡罗来纳大学）、Deepashri Thatte（太空望远镜科学研究所）；图像处理：Alyssa Pagan（太空望远镜科学研究所）；鸣谢：NSF NOIRLab、CTIO）
詹姆斯·韦伯太空望远镜拍摄到了黑洞周围区域最清晰的图像，解开了长期存在的银河系之谜。
天文学家公布了詹姆斯·韦伯太空望远镜（JWST）迄今为止拍摄的最清晰的黑洞周围区域图像。这张壮观的图像或许有助于解开一个困扰人们数十年的谜团，并颠覆人们长期以来对太空极端天体的认知。
自20世纪90年代以来，天文学家观测到一些星系中心活跃超大质量黑洞（SMBH）周围存在一种奇特的红外波段亮度。此前，他们将这些过量的红外辐射归因于外流——从黑洞喷射出的超高温物质流。
杂志的一项新研究中，一个国际研究团队利用詹姆斯·韦伯太空望远镜 (JWST) 观测了距离地球仅约 1300 万光年的附近圆规星系的核心，揭示了该星系超大质量黑洞周围的区域。
JWST 的数据，结合大量的地面观测，表明红外过量辐射来自落入 Circinus 星系中心超大质量黑洞的尘埃物质盘，而不是来自从该黑洞流出的物质。
这一星系发现可以帮助天文学家更好地了解超大质量黑洞的生长和演化，以及这些巨大的黑暗怪物对其宿主星系的影响。
甜甜圈和圆饼
像星系中心那样活跃的黑洞，是由一个巨大的环状气体和尘埃不断下落而形成的物质供给系统。当黑洞从这个被称为环面的“甜甜圈”状结构的内壁吸积物质时，这些物质会形成一个较薄的吸积盘，并像水流螺旋般落入黑洞内部。
黑洞的潮汐力会将落入其中的物质加速到极高的速度。由此产生的吸积盘内部摩擦力会使旋转的物质发出耀眼的光芒，以至于遮蔽了天文学家对黑洞周围内部区域的观测。
然而，黑洞并非吸尘器，即使是它们也有吞噬极限。因此，它们会将部分旋转的物质以喷流或“风”的形式喷射回太空。所以，了解黑洞的环面、吸积盘和外流的性质，对于理解不同大小的黑洞如何吸积和喷射物质至关重要，而这些物质可能会通过抑制或增强星系尺度上的恒星形成来塑造其宿主星系。
解开一个长期存在的谜团
圆规座星系中稠密的气体和明亮的星光此前一直阻碍着天文学家详细观测该星系的中心区域和超大质量黑洞。
“为了研究超大质量黑洞，尽管无法分辨它，他们还是必须获得星系内部区域在大波长范围内的总强度，然后将这些数据输入模型，”该研究的主要作者、南卡罗来纳大学的星系演化研究员恩里克·洛佩兹-罗德里格斯在NASA的一份声明中说。
早期的模型分别拟合了环面、吸积盘和外流的观测光谱，但无法解析整个区域。因此，天文学家无法解释超大质量黑洞周围环境的哪个部分导致了红外光的额外辐射。
詹姆斯·韦伯太空望远镜的先进性能使天文学家能够穿透圆规座的尘埃和星光，从而更清晰地观测超大质量黑洞周围的环境。为此，他们使用了一种称为干涉测量的成像技术。
地面干涉测量通常需要一组望远镜或反射镜协同工作，在大范围内收集并组合来自天体的光线。通过组合来自多个光源的光线，这种方法会使构成这些光线的电磁波产生干涉图样，天文学家可以通过分析这些图样来揭示天体的大小、形状和其他特征。
然而，与这些地面设施不同，空间望远镜詹姆斯·韦伯太空望远镜（JWST）可以通过其孔径掩模干涉仪（AMI）作为独立的干涉仪阵列运行。AMI是望远镜近红外成像仪和无缝光谱仪（NIRISS）的一个组成部分。与相机光圈类似，AMI是一个不透明的物理掩模，上面有七个小的六边形孔，用于控制进入JWST探测器的光量和方向。
总体而言，AMI 有效地将 JWST 的分辨率提高了一倍。“这使我们能够看到清晰度提高一倍的图像，”墨西哥国立自治大学天体物理学家、该研究的合著者乔尔·桑切斯-贝穆德斯在声明中表示。“这就像我们用一台 13 米的太空望远镜观测这个区域，而不是用韦伯望远镜 6.5 米（21 英尺）的直径。”
通过将分辨率提高一倍，詹姆斯·韦伯太空望远镜（JWST）拍摄到了迄今为止最清晰的圆规座星系中心33光年宽的区域图像。这张前所未有的图像使研究人员能够计算出，大部分（约87%）的过量红外辐射来自正在积极向中心黑洞输送物质的尘埃盘；洛佩兹-罗德里格斯在电子邮件中将其比作“甜甜圈洞的内表面”。此前的研究表明，过量辐射可能来自炽热的尘埃风，甚至是星系的残余星光，但该团队发现，只有不到1%的辐射来自从超大质量黑洞喷出的能量外流。
洛佩兹-罗德里格斯表示，吸积作用可能会扼杀圆规座中心的恒星形成，但要证实这一点，还需要进行不同类型的基于詹姆斯·韦伯太空望远镜的观测。
一个非常宝贵的视角
除了揭示此前未知的超大质量黑洞（SMBH）力学特性外，这项研究还凸显了基于詹姆斯·韦伯太空望远镜（JWST）的干涉测量技术在研究各种天体（包括邻近星系核心的其他活跃超大质量黑洞）方面的潜力。通过增加样本量，天文学家希望能够确定其他超大质量黑洞的红外辐射究竟是源于其尘埃盘还是高温外流。
“为了获得宝贵的 JWST 观测时间，必须使用 AMI 来观测那些无法从地面观测的目标，或者那些被地球大气层阻挡的波长，”该研究的合著者、太空望远镜科学研究所的高级研究科学家Julien Girard通过电子邮件告诉 Live Science。
吉拉德补充说，基于AMI的观测可以更好地揭示我们太阳系的奥秘；他们最近就对木星那颗酷热难耐的卫星——木卫一上的火山进行了详细的观测。因此，AMI可以观测各种形状和大小的宇宙天体，从喷涌着熔岩的卫星到被尘埃遮蔽的黑洞。吉拉德还表示，未来，它或许能够帮助天文学家探测到围绕著名小行星运行的卫星，或者揭示多星系统的轨道和质量。
詹姆斯·韦伯太空望远镜拍摄到了黑洞周围区域最清晰的图像，解开了长期存在的银河系之谜。
詹姆斯·韦伯太空望远镜以前所未有的细节放大观测了超大质量黑洞周围的结构（插图）。哈勃太空望远镜拍摄的图像（背景）展示了宇宙背景。 （图片来源：NASA、ESA、CSA、Enrique Lopez-Rodriguez（南卡罗来纳大学）、Deepashri Thatte（太空望远镜科学研究所）；图像处理：Alyssa Pagan（太空望远镜科学研究所）；鸣谢：NSF NOIRLab、CTIO）
詹姆斯·韦伯太空望远镜拍摄到了黑洞周围区域最清晰的图像，解开了长期存在的银河系之谜。
天文学家公布了詹姆斯·韦伯太空望远镜（JWST）迄今为止拍摄的最清晰的黑洞周围区域图像。这张壮观的图像或许有助于解开一个困扰人们数十年的谜团，并颠覆人们长期以来对太空极端天体的认知。
自20世纪90年代以来，天文学家观测到一些星系中心活跃超大质量黑洞（SMBH）周围存在一种奇特的红外波段亮度。此前，他们将这些过量的红外辐射归因于外流——从黑洞喷射出的超高温物质流。
杂志的一项新研究中，一个国际研究团队利用詹姆斯·韦伯太空望远镜 (JWST) 观测了距离地球仅约 1300 万光年的附近圆规星系的核心，揭示了该星系超大质量黑洞周围的区域。
JWST 的数据，结合大量的地面观测，表明红外过量辐射来自落入 Circinus 星系中心超大质量黑洞的尘埃物质盘，而不是来自从该黑洞流出的物质。
这一星系发现可以帮助天文学家更好地了解超大质量黑洞的生长和演化，以及这些巨大的黑暗怪物对其宿主星系的影响。
甜甜圈和圆饼
像星系中心那样活跃的黑洞，是由一个巨大的环状气体和尘埃不断下落而形成的物质供给系统。当黑洞从这个被称为环面的“甜甜圈”状结构的内壁吸积物质时，这些物质会形成一个较薄的吸积盘，并像水流螺旋般落入黑洞内部。
黑洞的潮汐力会将落入其中的物质加速到极高的速度。由此产生的吸积盘内部摩擦力会使旋转的物质发出耀眼的光芒，以至于遮蔽了天文学家对黑洞周围内部区域的观测。
然而，黑洞并非吸尘器，即使是它们也有吞噬极限。因此，它们会将部分旋转的物质以喷流或“风”的形式喷射回太空。所以，了解黑洞的环面、吸积盘和外流的性质，对于理解不同大小的黑洞如何吸积和喷射物质至关重要，而这些物质可能会通过抑制或增强星系尺度上的恒星形成来塑造其宿主星系。
解开一个长期存在的谜团
圆规座星系中稠密的气体和明亮的星光此前一直阻碍着天文学家详细观测该星系的中心区域和超大质量黑洞。
“为了研究超大质量黑洞，尽管无法分辨它，他们还是必须获得星系内部区域在大波长范围内的总强度，然后将这些数据输入模型，”该研究的主要作者、南卡罗来纳大学的星系演化研究员恩里克·洛佩兹-罗德里格斯在NASA的一份声明中说。
早期的模型分别拟合了环面、吸积盘和外流的观测光谱，但无法解析整个区域。因此，天文学家无法解释超大质量黑洞周围环境的哪个部分导致了红外光的额外辐射。
詹姆斯·韦伯太空望远镜的先进性能使天文学家能够穿透圆规座的尘埃和星光，从而更清晰地观测超大质量黑洞周围的环境。为此，他们使用了一种称为干涉测量的成像技术。
地面干涉测量通常需要一组望远镜或反射镜协同工作，在大范围内收集并组合来自天体的光线。通过组合来自多个光源的光线，这种方法会使构成这些光线的电磁波产生干涉图样，天文学家可以通过分析这些图样来揭示天体的大小、形状和其他特征。
然而，与这些地面设施不同，空间望远镜詹姆斯·韦伯太空望远镜（JWST）可以通过其孔径掩模干涉仪（AMI）作为独立的干涉仪阵列运行。AMI是望远镜近红外成像仪和无缝光谱仪（NIRISS）的一个组成部分。与相机光圈类似，AMI是一个不透明的物理掩模，上面有七个小的六边形孔，用于控制进入JWST探测器的光量和方向。
总体而言，AMI 有效地将 JWST 的分辨率提高了一倍。“这使我们能够看到清晰度提高一倍的图像，”墨西哥国立自治大学天体物理学家、该研究的合著者乔尔·桑切斯-贝穆德斯在声明中表示。“这就像我们用一台 13 米的太空望远镜观测这个区域，而不是用韦伯望远镜 6.5 米（21 英尺）的直径。”
通过将分辨率提高一倍，詹姆斯·韦伯太空望远镜（JWST）拍摄到了迄今为止最清晰的圆规座星系中心33光年宽的区域图像。这张前所未有的图像使研究人员能够计算出，大部分（约87%）的过量红外辐射来自正在积极向中心黑洞输送物质的尘埃盘；洛佩兹-罗德里格斯在电子邮件中将其比作“甜甜圈洞的内表面”。此前的研究表明，过量辐射可能来自炽热的尘埃风，甚至是星系的残余星光，但该团队发现，只有不到1%的辐射来自从超大质量黑洞喷出的能量外流。
洛佩兹-罗德里格斯表示，吸积作用可能会扼杀圆规座中心的恒星形成，但要证实这一点，还需要进行不同类型的基于詹姆斯·韦伯太空望远镜的观测。
一个非常宝贵的视角
除了揭示此前未知的超大质量黑洞（SMBH）力学特性外，这项研究还凸显了基于詹姆斯·韦伯太空望远镜（JWST）的干涉测量技术在研究各种天体（包括邻近星系核心的其他活跃超大质量黑洞）方面的潜力。通过增加样本量，天文学家希望能够确定其他超大质量黑洞的红外辐射究竟是源于其尘埃盘还是高温外流。
“为了获得宝贵的 JWST 观测时间，必须使用 AMI 来观测那些无法从地面观测的目标，或者那些被地球大气层阻挡的波长，”该研究的合著者、太空望远镜科学研究所的高级研究科学家Julien Girard通过电子邮件告诉 Live Science。
吉拉德补充说，基于AMI的观测可以更好地揭示我们太阳系的奥秘；他们最近就对木星那颗酷热难耐的卫星——木卫一上的火山进行了详细的观测。因此，AMI可以观测各种形状和大小的宇宙天体，从喷涌着熔岩的卫星到被尘埃遮蔽的黑洞。吉拉德还表示，未来，它或许能够帮助天文学家探测到围绕著名小行星运行的卫星，或者揭示多星系统的轨道和质量。
