黑洞

借助電腦模型，美國(guó)天文學(xué)家對(duì)整個(gè)過(guò)程有了更為深入的了解

位于大多數(shù)星系中心地帶的超大質(zhì)量黑洞會(huì)將周圍氣體完全吞噬。超大質(zhì)量黑洞是如何做到這一點(diǎn)的呢？科學(xué)家長(zhǎng)期以來(lái)對(duì)此大惑不解。現(xiàn)在，借助電腦模型，美國(guó)天文學(xué)家對(duì)整個(gè)過(guò)程有了更為深入的了解。

在最新研究中，兩位美國(guó)天文學(xué)家詳細(xì)說(shuō)明了恒星如何將氣體引向星系中心，距離黑洞足夠的近，最終令黑洞將其吞噬的過(guò)程。雖然超大質(zhì)量黑洞對(duì)其周圍物質(zhì)具有強(qiáng)大的控制力，但天文學(xué)家并不確定這些天體物理學(xué)“猛獸”是如何成功吞噬它們從宿主星系吸收的大量氣體。

一個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題在于，圍繞黑洞快速旋轉(zhuǎn)的氣體擁有巨大的角動(dòng)量，進(jìn)而產(chǎn)生一種離心力(centrifugal force)，放緩或阻止物質(zhì)滑向深淵。通常情況下，黑洞會(huì)輕易吞噬距星系中心不足三分之一光年的氣體，因?yàn)楹诙醋陨泶艌?chǎng)的作用就像制動(dòng)器一樣，會(huì)減緩氣 體的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，令其墜入深淵。

在更遠(yuǎn)的距離下，比如距星系中心30光年至300光年，由于一個(gè)星系同其他星系碰撞產(chǎn)生的擾動(dòng)，以及星系內(nèi)部物質(zhì)引力的相互作用，會(huì)驅(qū)使氣體向 位于星系中心地帶的黑洞方向活動(dòng)。但是，這仍然會(huì)在距星系中心1光年至30光年遠(yuǎn)的中間距離留下一個(gè)臨界間隙，在這一區(qū)域內(nèi)，任何物質(zhì)看上去都無(wú)法使氣體 的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)和離心力降至足以令黑洞將其吞噬的程度。

美國(guó)加州大學(xué)伯克利分校天文學(xué)家菲利普-霍普金斯和艾略特-奎塔特(Eliot Quataert)制作的電腦模型此時(shí)就能發(fā)揮作用了。二人的電腦模擬結(jié)果顯示，在距超大質(zhì)量黑洞的中間距離，氣體和恒星形成兩個(gè)相互獨(dú)立、傾向一側(cè)的圓 盤，而圓盤偏離黑洞中心地帶。霍普金斯和奎塔特2月5日在刊登于物理學(xué)網(wǎng)站arXiv.org上的論文中稱，這兩個(gè)圓盤相互傾斜，使得恒星可以對(duì)氣體產(chǎn)生 拖拽，減緩氣體的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，令其離黑洞更近。

最新研究工作純粹是理論。但是，霍普金斯和奎塔特指出，觀測(cè)者已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了多個(gè)已知擁有超大質(zhì)量黑洞的星系中心具有傾向一側(cè)的圓盤的證據(jù)，特別是銀河系的姐妹星系——仙女星系。圓盤由年代久遠(yuǎn)的恒星構(gòu)成。過(guò)去十多年，仙女星系偏離中心的特征一直令天文學(xué)家們大惑不解。

霍普金斯和奎塔特的最新研究表明，這些年代久遠(yuǎn)、偏離中心的圓盤是由電腦模型生成的恒星圓盤的產(chǎn)物。在形成初期，這些圓盤幫助驅(qū)使氣體向黑洞方 面活動(dòng)。美國(guó)國(guó)家光學(xué)天文臺(tái)(NOAO)科學(xué)家托德-勞爾(Tod Lauer)表示：“最新研究很有趣，因?yàn)樗愿鼮槌Ｒ?jiàn)的機(jī)制解釋了這種恒星圓盤，這一結(jié)果具有更深遠(yuǎn)的意義，如為超大黑洞活動(dòng)提供燃料。”

他還指出，“這項(xiàng)研究令人感興趣的一點(diǎn)是，它將大型黑洞的能量學(xué)和燃料供應(yīng)機(jī)制同小型黑洞統(tǒng)一起來(lái)了。”偏離星系中心的恒星圓盤之所以難以觀測(cè) 到，是因?yàn)樗鼈兙嚯x超大質(zhì)量黑洞產(chǎn)生的璀璨焰火相對(duì)較近。霍普金斯表示，探測(cè)此類恒星圓盤可能會(huì)成為在迄今未發(fā)現(xiàn)超大質(zhì)量黑洞的星系中尋找這種黑洞“巨無(wú) 霸”的新方法。(孝文)