耀眼的超大质量黑洞对周围环境的影响并没有达到人们的预期

耀眼的超大质量黑洞对周围环境的影响并没有达到人们的预期包括艾伯利家族天文学和天体物理学讲座教授、宾夕法尼亚州立大学物理学教授W.NielBrandt在内的研究小组在《皇家天文学会月刊》（MonthlyNoticesoftheRoyalAstronomicalSociety）上发表了一篇介绍这些成果的论文。这项研究利用美国国家航空航天局钱德拉X射线天文台（NASA'sChandraX-rayObservatory）的数据，研究了距离地球最近的一颗类星体。这颗类星体被称为H1821+643，距离地球约34亿光年，位于一个星系团中。类星体是一类罕见而极端的超大质量黑洞，它们疯狂地向内拉扯物质，产生强烈的辐射，有时还会产生强大的喷流。Brandt说："我一直希望利用钱德拉的敏锐视力更好地研究这颗非凡的类星体。我怀疑这个类星体的"叫声"比它的"咀嚼声"更可怕--也就是说，它令人印象深刻的烟火表演并不意味着它对环境也有同样深刻的影响。我很高兴我们坚定的决心最终得到了回报，证实了我的猜测！"这张图片的中心是类星体H1821+643，这是一个快速增长的超大质量黑洞，天文学家发现，尽管它产生了强烈的辐射，并且从甚大阵列的射电数据（红色）中可以看到粒子喷流，但它的表现并不尽如人意。H1821+643位于一个星系团的中央，周围环绕着大量炽热的气体，蓝色是钱德拉望远镜通过X射线探测到的。类星体周围热气的高温和高密度表明，这个黑洞对其宿主星系的影响比其他星系团中的许多同类黑洞要弱。H1821+643是星系团中距离地球最近的类星体。它距离地球34亿光年，在类星体的距离上，图像的宽度约为100万光年。图片来源：X射线NASA/CXC/Univ.ofNottingham/H.Russelletal：NSF/NRAO/VLA；图像处理：NASA/CXC/SAO/N.Wolk大多数成长中的超大质量黑洞吸积物质的速度都不如类星体快。天文学家通过观测星系团中心的黑洞，研究了这些更常见黑洞的影响。这类黑洞的定期爆发会阻止它们所蕴含的大量过热气体冷却下来，从而限制了宿主星系中恒星的形成数量，以及有多少燃料被输送到黑洞中。至于星系团中的类星体对其周围环境的影响有多大，我们就知之甚少了。领导这项新研究的英国诺丁汉大学的海伦-拉塞尔（HelenRussell）说："我们发现，我们研究中的类星体似乎已经放弃了生长较慢的黑洞所施加的大部分控制。黑洞的胃口与其影响力并不匹配"。"为了得出这一结论，研究小组利用钱德拉望远镜对H1821+643及其宿主星系所笼罩的高温气体进行了研究。然而，由于类星体发出的X射线很亮，因此很难研究热气体发出的较弱的X射线。哈佛大学天体物理学中心和史密森尼学会的合著者保罗-努尔森说："我们必须小心翼翼地去除X射线眩光，以揭示黑洞的影响。然后我们就可以看到，它实际上对周围环境的影响很小。"气体动力学和对未来的影响研究小组发现，星系中心黑洞附近的气体密度要比较远区域的气体密度高得多，气体温度也低得多。科学家们预计，当几乎没有能量源（通常是黑洞爆发的能量）阻止高温气体冷却并流向星系团中心时，高温气体就会有这样的表现。"与星系团中心的大多数其他黑洞相比，这个巨型黑洞产生的热量要少得多，"合著者、英国开放大学的露西-克莱斯说，"这使得高温气体能够迅速冷却下来，形成新的恒星，同时也成为黑洞的燃料源。"研究人员确定，每年相当于太阳质量约3000倍的热气体正在冷却，以至于在X射线中已经看不到了。这种快速冷却可以轻松地为宿主星系中每年观察到的120个太阳质量的新恒星的形成提供足够的物质，也可以为黑洞每年消耗的40个太阳质量的恒星提供足够的物质。研究小组还研究了类星体的辐射直接导致星团高温气体冷却的可能性。这涉及到类星体发出的光子与高温气体中的电子发生碰撞，导致光子能量增加，电子失去能量而冷却下来。研究小组的研究表明，在包含H1821+643的星团中很可能发生了这种冷却，但这种冷却太微弱，无法解释所看到的大量气体冷却。合著者、诺丁汉大学的托马斯-布拉本（ThomasBraben）说："虽然这个黑洞可能因为没有向其环境中注入热量而表现不佳，但目前的状态很可能不会永远持续下去。最终，黑洞的快速燃料摄入应该会增加其喷流的功率，并强烈加热气体。届时，黑洞及其星系的增长速度应该会大幅放缓"。编译自:ScitechDaily...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1425107.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1425107.htm

VERA望远镜网络揭示快速增长的黑洞周围环境

VERA望远镜网络揭示快速增长的黑洞周围环境从快速增长的超大质量黑洞喷射出的射流与周围的流出物。从黑洞附近发射的射电波的偏振面在穿过周围磁化气体时发生旋转图片来源：NAOJ现在人们普遍认为，几乎每个活动星系的核心都蕴藏着一个超大质量黑洞，其质量从数百万到数十亿倍于太阳。然而，这些黑洞获得如此巨大质量的成长史仍然是一个未解之谜。在东京大学研究生高村美惠子（MiekoTakamura）的带领下，一个国际研究小组重点研究了一类独特的活动星系，即窄线赛弗1（NLS1）星系。这些星系被怀疑含有相对较小但迅速增长的大质量黑洞，因此为研究这些宇宙怪兽的早期演化阶段提供了潜在的机会。为了更深入地了解这些奇特黑洞的周围环境，研究小组利用VERA观测了附近六个活跃的NLS1星系的核心，VERA是一个射电望远镜网络，其视力比人眼强10万倍以上。特别是，研究小组利用VERA最新增强的超宽带记录能力，以前所未有的精度探测到了从这些星系核心发出的微弱"偏振"无线电波。众所周知，在超大质量黑洞附近发射的无线电波有一部分会出现偏振。当这种偏振发射在黑洞周围的磁化气体中传播时，偏振面会逐渐旋转，造成一种被称为法拉第旋转的效应。这种旋转的程度（在给定波长下）与传播介质中的气体密度和磁场强度成正比。因此，偏振和法拉第旋转为了解中心黑洞周围的环境提供了宝贵的信息。新数据揭示了有史以来最清晰的这些星系核心的法拉第旋转情况，与对更老、更大质量、更发达的黑洞的测量结果相比，法拉第旋转明显更大。这表明这些星系的核区存在大量气体，促进了中心黑洞的快速增长。高村说："超大质量黑洞的成长过程与人类类似。我们观测到的黑洞具有类似于美食爱好者的特征，类似于对香甜的米饭有着强烈渴望的少男少女。"这些结果以Takamura等人"用VERA宽带偏振测量法探测活跃的窄线塞弗特1星系的心脏"为题发表在《天体物理学报》上。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1372831.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1372831.htm

天文学家借助韦伯太空望远镜探测到宇宙早期类星体的宿主星系

天文学家借助韦伯太空望远镜探测到宇宙早期类星体的宿主星系最近发表在《自然》（Nature）杂志上的一项研究表明，黑洞的质量接近太阳质量的十亿倍，而宿主星系的质量几乎是太阳质量的一百倍，这一比例与近代宇宙中发现的情况相似。斯巴鲁望远镜和JWST的强大组合为研究遥远的宇宙铺平了一条新的道路。遥远宇宙中存在如此巨大的黑洞，给天体物理学家带来了更多的问题，而不是答案。宇宙如此年轻，这些黑洞怎么可能长得如此巨大？更令人费解的是，对本地宇宙的观测表明，超大质量黑洞的质量与它们所在的更大的星系之间存在着明显的关系。星系和黑洞的大小完全不同，那么是黑洞先出现还是星系先出现呢？这是一个宇宙尺度上的"先有鸡还是先有蛋"的问题。JWSTNIRCam3.6μm拍摄的HSCJ2236+0032图像。放大图像、类星体图像以及减去类星体光线后的宿主星系图像（从左到右）。每幅图像中都标明了以光年为单位的图像比例。图片来源：Ding,Onoue,Silverman,etal.由卡夫利宇宙物理与数学研究所（KavliIPMU）项目研究员丁旭恒和约翰-西尔弗曼教授，以及北京大学卡夫利天文与天体物理研究所（PKU-KIAA）卡夫利天体物理学研究员小野上正夫萨领导的国际研究团队，已经开始利用2021年12月发射的詹姆斯-韦伯太空望远镜（JWST）来回答这个问题。研究宇宙早期宿主星系和黑洞之间的关系可以让科学家观察它们的形成过程，了解它们之间的关系。类星体很亮，而它们的宿主星系却很暗，这使得研究人员很难在类星体的强光下探测到星系的暗光，尤其是在很远的距离上。在JWST出现之前，哈勃太空望远镜能够探测到明亮类星体的宿主星系，当时宇宙的年龄还不到30亿年，但已经不再年轻了。美国国家航空航天局（NASA）的詹姆斯-韦伯太空望远镜将其主镜完全展开，形成在太空中时的构型。图片来源：NASA/ChrisGunnJWST在红外波段的超高灵敏度和超清晰图像终于让研究人员能够将这些研究推向类星体和星系最初形成的时间。就在JWST开始正常运行几个月后，研究小组观测到了两颗类星体，分别是HSCJ2236+0032和HSCJ2255+0251，红移分别为6.40和6.34，当时宇宙的年龄大约为8.6亿年。这两颗类星体是在夏威夷毛纳凯亚山顶的8.2米苏巴鲁望远镜的深度巡天计划中发现的。这两颗类星体的光度相对较低，是测量宿主星系特性的主要目标，宿主星系的成功探测代表了迄今为止在类星体中探测到星光的最早时间。卡弗利IPMU项目研究员丁旭恒、约翰-西尔弗曼（JohnSilverman）教授和卡弗利天文学和天体物理学研究所（PKU-KIAA）卡弗利天体物理学研究员MasafusaOnoue（左起）。图片来源：卡弗里国际天文物理研究所、卡弗里国际天文物理研究所、MasafusaOnoue这两颗类星体的图像是用JWST的NIRCam仪器以3.56和1.50微米的红外波长拍摄的，在仔细建模并减去来自吸积黑洞的眩光后，宿主星系变得清晰可见。在JWST的近红外光谱仪为J2236+0032拍摄的光谱中也可以看到宿主星系的恒星特征，这进一步支持了宿主星系的探测。对宿主星系光度的分析发现，这两个类星体宿主星系的质量很大，分别是太阳质量的1300亿倍和340亿倍。通过近红外光谱仪光谱对类星体附近湍流气体速度的测量表明，为类星体提供能量的黑洞质量也很大，分别是太阳质量的14亿倍和2亿倍。黑洞质量与宿主星系质量之比类似于近期星系的质量，这表明黑洞与其宿主星系之间的关系在宇宙大爆炸后8.6亿年就已经存在了。丁、西尔弗曼、奥努埃和他们的同事将利用计划中的第一周期JWST观测，用更大的样本继续这项研究，这将进一步制约黑洞及其宿主星系共同演化的模型。研究小组最近得知，他们已经获得了JWST在下一个周期的额外时间来研究黑洞及其宿主星系。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1381743.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1381743.htm

詹姆斯-韦伯首次发现来自古代类星体的星光

詹姆斯-韦伯首次发现来自古代类星体的星光他们观察到的这两个星系是在我们的宇宙还不到10亿年的时候看到的。我们的宇宙现在估计大约有138亿年的历史，这使得这些星系成为我们迄今为止所观察到的最古老的星系之一。据报道，天文学家说，来自这些星系的光需要129亿和128亿年才能到达地球。詹姆斯-韦伯太空望远镜观察到的类星体HSCJ2236+0032。图片来源：Ding,Onoue,Silverman,etal.)对这些古老类星体的观测显示，这些星系的质量是太阳的1300亿到300亿倍，而这些星系中的黑洞的质量是14亿太阳质量和2亿太阳质量。这些信息不仅对这些早期星系具有启发性，而且还表明这些早期星系及其黑洞的质量与我们在观察更近期的星系时所看到的相似。我们认为类星体是我们宇宙中最极端的天体之一，这是有原因的。这些实体由超大质量黑洞提供动力，周围是尘埃和气体，其中大部分被吸附到它们所在的星系中心的黑洞上。类星体因其明亮的光线而特别出名，虽然所有的星系都有超大质量黑洞，但并非所有这些黑洞都成为类星体。虽然天文学家认为这些超大质量黑洞的质量在某种程度上与一连串的星系合并有关，这些星系合并为中心的黑洞提供了能量，从而产生了驱动类星体所需的强大实体，但类星体的成因仍然是一个谜。这个新发现帮助我们看到这些古老的类星体可以在多远的地方被发现，尽管如此，这对那些试图揭开早期宇宙之谜的人来说是令人兴奋的。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1368413.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1368413.htm

第一张附近类星体 I Zwicky 1 的流出物分布图

第一张附近类星体IZwicky1的流出物分布图这幅艺术家的作品展示了位于半人马座（TheCentaur）南部活动星系NGC3783中心的超大质量黑洞的周围环境。利用欧洲南方天文台智利帕拉纳尔天文台的甚大望远镜干涉仪进行的新观测不仅揭示了黑洞周围的热尘埃环，还揭示了极区的冷物质风。图片来源：ESO/M.Kornmesser包括银河系在内的大多数星系的中心都有一个超大质量黑洞。它们通常重达数百万个太阳质量。它们中的许多一直潜伏在漆黑的太空中，几乎没有任何线索。不过，有些黑洞的附近有大量的物质沉积，它们可以以此为食。这使它们的附近变成了一个明亮的灯塔，照亮了整个星系。由于它们体积小巧，与地球距离遥远，这些活动星系核看起来就像一个个明亮的小点，就像银河系的恒星一样。这也是它们在历史上被归类为准恒星天体（类星体）的原因。大多数类星体都位于遥远的宇宙早期，但IZwicky1相对较近，距离地球不到10亿光年。这为天文学家研究类星体的极端条件提供了一个便利的实验室。由AnnaJuráňová（SRON）领导的天文学家小组，包括ElisaCostantini（SRON），现在首次绘制出了它的流出图。他们利用哈勃太空望远镜，复原了四个电离气体云外流的特性，它们分别以每秒60公里、280公里、1950公里和2900公里的速度被吹出。"IZwicky1的特性非常特别，"尤拉诺娃说。"其他类星体也有类似的流出，但在这颗类星体中，一切都恰到好处。我们的观测角度、光谱线的宽度等等。这让我们能够更深入地挖掘其过程。我们绘制了类星体中电离气体运动的全貌，这是非常罕见的。"研究小组发现，其中一个外流被困在另一个外流的阴影中。这是因为类星体的强烈辐射将气体云向外推，使其远离黑洞附近。气体云中的氮、氧和碳等元素的离子吸收了类星体的紫外线，因此被推开。IZwicky1是距离我们最近的类星体，它提供了这一机制发挥作用的具体证据。IZwicky1周围的环境似乎比天文学家经常在附近的超大质量黑洞周围看到的更有活力。尤拉诺娃"我们的数据表明，有更多的气体从黑洞周围的圆盘中被提升和吹出。有了这样的洞察力，我们就更接近于揭开这些超大质量黑洞的生长方式及其与周围环境的相互作用"。编译来源：ScitechDaily...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1434924.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1434924.htm

天文学家解决困扰人们60年的类星体之谜

天文学家解决困扰人们60年的类星体之谜科学家们已经揭开了类星体--宇宙中最明亮、最强大的天体--的最大谜团之一，发现它们是由星系碰撞引发的：类星体在60年前首次被发现，其亮度相当于一万亿颗恒星挤在太阳系大小的空间里，但直到现在，什么能引发如此强大的活动仍然是个谜。通过观察48个拥有类星体的星系，并将它们与100多个非类星体的星系进行比较，科学家们发现，这种现象是由星系碰撞引发的。当两个星系相撞时，引力将大量的气体推向碰撞产生的残余星系系统中心的超大质量黑洞--就在气体被黑洞吞噬之前，它以辐射的形式释放出巨大的能量，从而产生了类星体。银河系在大约50亿年后与仙女座星系相撞时，可能会经历自己的类星体。当研究人员使用拉帕尔马的艾萨克-牛顿望远镜进行深度成像观测时，发现了这些碰撞，在星系的外部区域存在着扭曲的结构，这些结构是类星体的家园。大多数星系在其中心都有超大质量黑洞。它们也包含大量的气体--但大多数时候，这些气体在距离星系中心很远的地方运行，不在黑洞的范围内。星系之间的碰撞将气体推向星系中心的黑洞；就在气体被黑洞吞噬之前，它以辐射的形式释放出巨大的能量，从而产生了类星体特有的光辉。类星体的点燃会对整个星系产生巨大的影响--它可以将其余的气体赶出星系，这使得星系在未来的几十亿年里都无法形成新的恒星。这是第一次以如此高的灵敏度对这种规模的类星体样本进行成像。通过比较对48个类星体及其宿主星系的观测和100多个非类星体星系的图像，研究人员得出结论，宿主类星体的星系与其他星系相互作用或碰撞的可能性大约是三倍。这项研究为我们了解这些强大的天体是如何被触发和推动的提供了一个重要的步骤。谢菲尔德大学物理和天文学系的CliveTadhunter教授说："类星体是宇宙中最极端的现象之一，我们所看到的可能代表了我们自己的银河系在大约50亿年后与仙女座星系碰撞时的未来。观察这些事件并最终了解它们发生的原因是令人兴奋的--但值得庆幸的是，在相当长的一段时间内，地球不会接近这些世界末日事件之一。"类星体对天体物理学家来说很重要，因为由于它们的亮度，它们在很远的距离上就很突出，因此作为宇宙历史上最早的时代的灯塔。赫特福德大学的博士后研究员乔尼-皮尔斯博士解释说："这是一个全世界的科学家都热衷于了解的领域--美国宇航局詹姆斯-韦伯太空望远镜的主要科学动机之一就是研究宇宙中最早的星系，而韦伯甚至能够探测到最遥远的类星体发出的光，这些光是在近130亿年前发出的。类星体在我们了解宇宙的历史方面起着关键作用，也可能是银河系的未来"。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1356819.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1356819.htm