NASA的图像有助于解释大质量黑洞的进食习惯

在这幅仙女星系的图像中，使用了来自NASA已退役的斯皮策太空望远镜的数据，图中只显示了尘埃，使得星系的基本结构更易于观察。
影像来源：Credit: NASA/JPL-Caltech

在这幅仙女星系的图像中，使用了来自NASA已退役的斯皮策太空望远镜的数据，显示了多个波长，揭示了恒星、尘埃和恒星形成区域。
影像来源：Credit: NASA/JPL-Caltech

来自NASA已退役的斯皮策太空望远镜的数据为科学家们提供了新的见解，解释了为什么一些超大质量黑洞的发光方式与其他黑洞不同。

在NASA已退役的斯皮策太空望远镜的图像中，可以看到数千光年长的尘埃流向位于仙女星系中心的超大质量黑洞。这些尘埃流有助于解释如何满足数十亿倍于太阳质量的黑洞的巨大食欲，同时保持“安静”的进食方式。

当超大质量黑洞吞噬气体和尘埃时，这些物质在坠入黑洞前会被加热，产生难以置信的光芒——有时比一个满是恒星的星系还要亮。当被吞噬的物质呈不同大小的团块时，黑洞的亮度会发生波动。

但位于银河系中心（地球所在的星系）和仙女星系（离我们最近的星系之一）的黑洞却是宇宙中最“安静”的食者之一。它们发出的微弱光芒亮度变化不大，这表明它们正在消耗少量但稳定的食物流，而不是大量的食物。这些食物流以螺旋形式逐渐靠近黑洞，类似于水在下水道中的旋流方式。

寻找仙女星系的食物来源

今年早些时候发表的一项研究提出了一个假设，即一个安静的超大质量黑洞以稳定的气体流为食，这一假设被应用到了仙女星系。通过计算机模型，作者模拟了仙女星系超大质量黑洞附近的气体和尘埃随时间变化的情况。模拟显示，一个小型的热气体盘可能在超大质量黑洞附近形成，并不断向其输送气体。这个热气体盘可以通过大量的气体和尘埃流得到补充和维持。

但研究人员还发现，这些食物流必须保持在特定的大小和流速范围内；否则，物质将以不规则的团块形式坠入黑洞，造成更多的光波动。

这张来自NASA已退役的斯皮策太空望远镜的仙女星系中心的特写图像，用蓝色虚线标注了两条尘埃流流向星系中心超大质量黑洞的路径（以紫色点标示）。
图片来源：NASA/JPL-Caltech。

当作者将他们的发现与斯皮策和NASA的哈勃太空望远镜的数据进行比较时，他们发现斯皮策先前发现的螺旋状尘埃符合这些限制条件。基于此，作者得出结论，这些螺旋正在向仙女星系的超大质量黑洞提供食物。

“这是一个科学家重新检查档案数据的绝佳示例，通过将其与最新的计算机模拟比较，揭示了更多关于星系动力学的信息。”加那利群岛天体物理研究所和慕尼黑大学天文台的天体物理学家，同时也是今年发表的研究论文的共同作者阿尔穆德纳·彼尔托（Almudena Prieto）表示。“我们拥有20年前的数据，这些数据告诉我们一些我们最初收集时没有意识到的事情。”

对仙女星系的深入了解

斯皮策太空望远镜于2003年发射，由NASA的喷气推进实验室管理，它用人眼是看不见的红外光研究宇宙。不同的波长揭示了仙女星系的不同特征，包括较热的光源，如恒星，以及较冷的光源，如尘埃。

通过分离这些波长并单独观测尘埃，天文学家可以看到星系的“骨架”——气体聚集和冷却的地方，有时会形成尘埃，为恒星的形成创造条件。这种对仙女星系的观察揭示了一些惊喜。例如，尽管仙女星系像银河系一样是一个螺旋星系，但仙女星系主要由一个大尘埃环组成，而不是围绕其中心的明显旋臂。图像还显示了环的一部分有一个次级孔，是一个矮星系穿过时形成。

由于仙女星系距离银河系很近，从地球上看起来它比其他星系更大：用肉眼看，仙女星系的宽度约是月亮的六倍（约3度）。尽管视野比哈勃望远镜广，斯皮策也不得不拍摄了11,000张快照，才创建了这幅全面的仙女星系图像。

关于任务的更多信息

喷气推进实验室为NASA的科学任务总监署管理斯皮策太空望远镜任务，直到该任务于2020年1月任务退役。科学操作在加州理工学院的斯皮策科学中心进行。航天器操作基地位于科罗拉多州利特尔顿的洛克希德·马丁太空公司。数据存档在由IPAC在加州理工学院运营的红外科学档案库。加州理工学院为NASA管理喷气推进实验室。

如欲了解更多关于斯皮策的信息，请访问：

https://www.nasa.gov/spitzer

参考来源：

https://www.nasa.gov/general/nasa-images-help-explain-eating-habits-of-massive-black-hole/