天文學家觀測到了一個活躍的特大質量黑洞的吸積盤，讓我們能更多了解這些正在狼吞虎咽的宇宙怪物。

插圖：一個帶吸積盤的黑洞，圖表展示了團隊的研究結果。

（圖片來源：美國國家光學紅外天文研究實驗室NOIRLab/美國科學基金會NSF/美國大學天文研究協會AURA/P.Marenfeld）

天文學家首次觀測到一個物質盤的外緣，這個物質盤環繞在一個正在吞噬的特大質量黑洞周圍。

觀測結果可以讓科學家更好地測量這些宇宙怪物周圍的結構，了解黑洞是如何以這些結構爲食的，以及這種吞噬如何影響星系的演化，而星系又反過來涵容了這些現象。

正在進食的特大質量黑洞，位于亮得驚人的活動星系核（AGN）的中心。這些黑洞的質量可能比太陽的質量大數百萬甚至數十億倍。一個由氣體和塵埃組成的漩渦盤，緊緊環繞在這些黑洞的周圍，正一點點被餵給中心的特大質量天體。

這種特大質量黑洞有著難以置信的引力影響，導致吸積盤中的物質溫度高達一千萬攝氏度。這使它們發出的輻射能覆蓋整個電磁光譜——從高能伽馬射線和X射線，到可見光、紅外光和無線電波。活動星系核也被稱爲“類星體”，它們非常明亮，以至于它們周圍星系的每顆恒星加起來的光芒，在它們面前都顯得黯淡無光。

類星體。（圖片來源：美國國家航空航天局NASA/歐洲航天局ESA/Joseph Olmsted（美國太空望遠鏡科學研究所STScI））

然而，即使有這麽強大的輸出，由于吸積盤相對較小，而且許多吸積盤位于極其遙遠的星系，因此很難直接成像。但作爲替代，天文學家可以利用吸積盤的全光譜來了解其物理性質，甚至確定其大小。

這是巴西國家空間研究所的研究人員領導的一個團隊所采用的技術。Denimara Dias dos Santos和Alberto Rodriguez Ardila研究了遙遠的類星體III Zw002的吸積盤，它位于梅西耶106星系（M106）的中心——位于距地球約2400萬光年外的獵犬座。

在這個類星體吸積盤的光譜中，該團隊首次看到了近紅外發射線。這些線條幫助研究人員確定了這個盤狀結構的大小，並據此可斷定，正在吞噬它的那個特大質量黑洞的質量，是太陽質量的400到500倍。

“這一發現讓我們對這類星系寬線區的結構和表現有了寶貴的了解，揭示了活躍星系中特大質量黑洞周圍發生的迷人現象。”Rodriguez Ardila在一份聲明中說。

吸積盤周圍的激發態

當原子吸收能量，並進入物理學家所說的“激發態”時，才會出現該團隊研究的那種射線。最終，這些原子必須返回其最低能量狀態或“基態”。這種返回基態的過程會釋放出光，這些光有著特定元素的原子所特有的波長和能量（因爲每個元素都有一組獨特的能級）。

這意味著這些光譜發射情況可以幫助識別恒星、行星大氣層中存在的元素，在這個案例裏，就可以識別黑洞周圍吸積盤中的元素。

恒星和其他來源的發射線在光譜中呈現爲尖峰，但特大質量黑洞周圍的激烈境況，導致吸積盤發射線呈現出不同的外觀。

當接近特大質量黑洞的物質被加速到接近光速時，相關的發射線被加寬，並呈現出較淺的波峰。這些發射線來源的區域被稱爲吸積盤的“寬線區域”。

當吸積盤的一側向地球運動時，另一側遠離地球。結果是，吸積盤朝向我們旋轉的一側的光波長更短，而遠離的一側的光波長更長。

這類似于在我們地球上，救護車在城市街道上向你駛來時，警報器的聲波聚集在一起，産生短波長、高頻的聲音。當救護車離開時，聲波伸展開來，警笛聲的頻率下降。

這種現象被稱爲“多普勒頻移”。吸積盤發出的光，會産生兩個峰值——一個與遠離地球的一側有關，另一個與快速向地球移動的一側有關。

多普勒頻移示意圖。

當這些雙峰的、加寬的發射線來自吸積盤的內部區域時，它們不能給天文學家提供任何關于吸積盤大小的提示，但如果可以從外緣看到這些線條，它們就能提供線索。

這個天文學家團隊在III Zw002寬線區清晰地檢測到了的兩個近紅外雙峰輪廓，一個是來自寬線區盤內部的氫譜線，另一個是來自該區域外部邊界的氧譜線。

這些射線是在Gemini近紅外光譜儀（GNIRS）收集的數據中發現的，該儀器能夠同時觀測整個近紅外光譜，這能讓團隊捕捉到類星體單一、清晰且保持校准的光譜。

Rodriguez-Ardila說：“之前我們不知道III Zw002有這種雙峰分布，但當我們分析數據時，我們非常清楚地看到了雙峰。事實上，我們做了好幾次數據分析，還以爲可能出錯了，但每次我們都看到了同樣令人激動的結果。”

這有助于限定吸積盤的尺寸，因爲團隊發現氫線來自距離中心超大質量黑洞16.77光天的地方，而氧線的起源半徑則爲18.86光天。

天文學家還能夠確定寬線區的大小，估計其外徑爲52.43光天。此外，團隊計算出吸積盤的寬線區與地球的夾角爲18度。

該團隊將繼續監測類星體III Zw002，觀察其輪廓隨時間的變化，並考慮使用近紅外光譜研究其他類星體。

這項研究發表在8月份的《天體物理學雜志快報》（Astrophysical Journal Letters）上。

BY:Robert Lea

FY:桔子醬

如有相關內容侵權，請在作品發布後聯系作者刪除

轉載還請取得授權，並注意保持完整性和注明出處