为什么一些超大质量黑洞喷流如此之短？天文学家可能已经破解了这个案子

拓破天峙

Main：一个超大质量黑洞撕裂并吞噬一颗恒星。插图：超长基线阵列拍摄的图像显示了星系中心的两个超大质量黑洞，右边的一个刚刚吞噬了一颗恒星（图片来源：主图片：欧空局/C·卡罗。插图：H.L.马内斯/格林内尔学院）

（）据美国太空网（Robert Lea）：一项对一种罕见且短命的星系类型的新调查显示，这些物体中有沉睡的超大质量黑洞，这些黑洞会短暂觉醒，撕裂一颗大质量恒星，并将其残骸作为巨大的宇宙早餐吞噬。

“致密对称天体”（简称CSO）是一种活跃的星系，有两股喷流以接近光速的速度从中喷出。这些喷流在活动星系核（AGN）中很常见，它们的中心有以周围气体和尘埃为食的超大质量黑洞，但CSO的喷流不同。

虽然AGN的喷流可以在两个方向上延伸23万光年，但CSO喷流发育迟缓，仅延伸1500光年左右。

科学家们之前曾推测，CSO喷流之所以短，是因为它们是新形成的或年轻的。现在，由加州理工学院（Caltech）科学家领导的一个团队已经确定，这些喷气式飞机的寿命很短。

研究小组组长、加州理工学院天文学名誉教授安东尼·里德海德在一份声明中说：“这些CSO并不年轻。你不会说12岁的狗年轻，尽管它的寿命比成年人类短。”。“这些天体是一个独特的物种，它们在数千年内生存和消亡，而不是在拥有更大喷流的星系中常见的数百万年。”

为了解开CSO之谜并揭示其真实性质，Readhead和同事们花了两年时间从超长基线阵列（VLBA）和其他高分辨率射电望远镜中搜索了过去文献中的3000个候选CSO和天文数据。

Readhead说：“VLBA的观测是天文学中最详细的，提供的图像细节相当于在100英里（160公里）的距离上测量人类头发的宽度。”。

该团队确认了其中64个候选星系为CSO，并发现了另外15个罕见星系。通过分析这些CSO，研究小组得出结论，这些罕见的星系类型只会喷出5000年或更短的喷流，然后逐渐消失。

加州理工学院助理教授、团队成员Vikram Ravi说：“CSO喷气式飞机是非常有活力的喷气式飞机，但它们似乎会关闭。”。“射流停止从源头流出。”

该团队已经确定了这些喷流发射的一个嫌疑人：他们推测，CSO的核心是超大质量黑洞，在所谓的“潮汐破坏事件”（TDE）中撕裂离它们太近的恒星。



一位艺术家对恒星（前景）在经过超大质量黑洞附近时被破坏的印象。（图片来源：ESO/M.Kornmesser）

当恒星冒险离黑洞太近时，黑洞的巨大引力会在恒星内部产生强大的潮汐力。这些潮汐力垂直拉伸恒星，同时水平挤压恒星，这一过程被称为“碎片化”。

这种恒星面条包裹在周围，形成一个物质盘，逐渐被超大质量黑洞吞噬。但黑洞是混乱的进食者，其中一些恒星物质被引导到这些宇宙怪物的两极。从那里，一些材料被喷射出去。这一TDE过程伴随着令人难以置信的明亮发光，向天文学家宣布这些超大质量黑洞正在吞噬。



两个超大质量黑洞的VLBA图像，其中一个是正在吞噬恒星的J0405+3803a致密对称天体（CSO）。（图片来源：H.L.Maness/格林内尔学院）

Readhead解释道：“我们认为，一颗恒星被撕裂，然后所有的能量都沿着黑洞旋转的轴被引导到喷流中。”。“这个巨大的黑洞一开始我们看不见，然后当它吞噬一颗恒星时，砰的一声！黑洞有燃料，我们可以看到它。”

然而，唤醒黑洞成为CSO的不仅仅是任何一颗恒星。该团队认为，只有当一颗真正大质量的恒星被TDE中的超大质量黑洞撕裂时，才会产生CSO。

拉维解释道：“我们之前看到的TDE只持续了几年。”。“我们认为，为CSO提供动力的显著TDE持续时间要长得多，因为被破坏的恒星体积很大，质量很大，或者两者兼而有之。”



这张无线电图像显示了两股喷流从天鹅座A的中心喷出，天鹅座A是一个离我们不太远的星系。一篇新论文报道称，在一个更遥远的古老星系中发现了一个类似的物体。该星系有一个明亮的、相关的喷流，从其中心超大质量黑洞喷出，指向地球，使其成为一个黑洞。（图片来源：NRAO）

Readhead和同事们还构建了一个“宇宙家庭相册”，展示了CSO及其喷流如何随着时间的推移而进化。较年轻的CSO有较短的喷流，离中心超大质量黑洞较近，而较老的CSO则有较长的喷流，延伸到离TDE位置更远的地方。

该团队确定，虽然绝大多数CSO将消亡，但其中1%的CSO将继续发生长寿命事件，产生像天鹅座A中看到的那样的延长喷流。天鹅座A是一个遥远的超大质量黑洞，其喷流瞄准地球，一类被称为blazar的物体。

在这些百分之一的长寿命事件中，研究人员认为，中心黑洞是由其宿主星系与另一个宿主星系合并所提供的额外气体和尘埃提供的。

对里德海德来说，这些发现证明了他在20世纪90年代首次提出的理论，当时只发现了三个CSO。当这一想法首次提出时，更广泛的科学界大多没有认识到这一点，但随着这一新证据的出现，这一想法应该会得到支持。

Readhead说：“这一假设几乎被遗忘了，因为多年后，TDE的观测证据才开始增多。”。“这些物体确实是一个有着自己独特起源的独特群体，现在我们有责任更多地了解它们以及它们是如何形成的。

“能够在几年到几十年而不是数百万年的时间尺度上研究这些物体，为研究超大质量黑洞及其带来的许多意想不到和不可预测的惊喜打开了一扇全新实验室的大门。”

该团队的研究于上个月发表在《天体物理杂志》上的三项研究中。