“如同目睹宇宙火山爆发”:科学家目睹巨型黑洞在沉睡1亿年后“重生”
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科学家们目睹了一个休眠了1亿年的黑洞“重新苏醒”,并伴随着熊熊烈火和狂暴。

一道红色的无线电能量带从黑色背景上的黑洞中喷射而出。

从超大质量黑洞喷射出的巨大能量喷流,如同红色无线电波带,讲述着一个死而复生的巨兽的故事。 (图片来源:LOFAR/Pan-STARRS/S. Kumari et al.)

科学家观测到一个超大质量黑洞从近1亿年的沉睡中苏醒过来。

这个黑洞位于一个巨大星系的中心,该星系正发出极其强烈的无线电波。一项对这些无线电波的新分析表明,这个黑洞曾经向数十万光年外的太空喷射出巨大的等离子体喷流,但在遥远的过去某个时候突然停止了喷射。根据这项新研究,这些喷流现在再次活跃起来,并正以复杂而混乱的方式与周围的超高温气体相互作用。

“这就像看到一座宇宙火山在平静了几个世纪后再次爆发——只不过这次的火山足够大,可以雕刻出横跨近一百万光年的空间结构,”该研究的合著者、印度米德纳波尔城市学院的天文学家肖巴·库马里在一份声明中说。

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只有10%到20%的超大质量黑洞拥有能发射无线电信号的喷流。在这些星系中,一个由尘埃和等离子体组成的旋转盘围绕着黑洞旋转,定期向其输送大量物质。这些落入的物质会形成一个缠绕的磁场,该磁场可以将部分物质以巨型喷流的形式从黑洞喷射出去。在极少数情况下,吸积盘的变化会导致这些无线电喷流的开启和关闭。

这项发表于1月15日《皇家天文学会月刊》上的新研究中,研究人员利用主要位于荷兰的低频阵列射电望远镜网络,发现了20多个包含喷流形状不规则的射电星系的星系团。他们重点研究了其中一个名为J1007+3540的星系,该星系具有特别不寻常的喷流特征。

一张标注清晰的图像显示了位于两个射电能量瓣中心的黑洞
活跃的黑洞(位于标记为“宿主星系”的区域中心)及其两个高能射电喷流瓣。(图片来源:LOFAR/Pan-STARRS/S. Kumari 等人)

这个巨型星系拥有大片弥散的等离子体瓣,表明其过去曾有过喷流活动,最早可追溯到约2.4亿年前。但研究团队发现,在这些等离子体瓣内部还存在一些较小、较亮的等离子体喷流,它们的年龄仅为1.4亿年。这表明,活动星系核(AGN,即星系中心包含超大质量黑洞的区域)在经历了一段沉寂期后重新活跃起来。

库马里说:“年轻喷流在年老、耗尽能量的瓣状结构中呈现出的这种戏剧性的分层,是间歇性活动星系核的标志——这种星系的中心引擎会在宇宙时间尺度上不断地开启和关闭。”

包含J1007+3540的星系团中,星系之间的空间充满了被称为星系团内介质的超高温气体。这种气体与射电喷流相互作用,使其在从活动星系核(AGN)延伸的过程中发生弯曲和变形。两个较老的射电瓣中,有一个被周围的气体挤压向侧面并向其源头方向回缩。另一个射电瓣则有一个长长的、弯曲的尾部,这表明星系团内介质与射电喷流的相互作用方式有所不同。

“J1007+3540 是喷流-星系团相互作用的间歇性活动星系核最清晰、最壮观的例子之一,其中周围的热气体弯曲、压缩和扭曲了喷流,”该研究的合著者、印度马尼帕尔自然科学中心的物理学家苏拉吉特·帕尔在声明中说。

观测J1007+3540将有助于研究人员确定活动星系核(AGN)的开启和关闭频率,以及古老喷流如何与其周围环境相互作用。声明称,在未来的工作中,该团队计划收集该星系的高分辨率观测数据,以绘制喷流如何在星系团内介质中传播的图谱。

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