科学家捕获超大质量黑洞活动最清晰红外图像！南大王涛：展示了中心黑洞影响星系的细节

搜狐科技《思想大爆炸——对话科学家》栏目第109期，对话南京大学天文与空间科学学院教授王涛。

嘉宾简介：

王涛，南京大学天文与空间科学学院教授，博士生导师。研究领域包括星系形成与演化、星系团与大尺度结构以及超大质量黑洞与星系的共同增长。

划重点：

1.这次的图像本质上是一种“验证”，基本上符合我们对活动星系核的认知，也符合对一些现象的推测。

2.如果脱离了活动星系核或中心黑洞对星系的作用，就无法在模拟中准确复现观测到的星系的一系列特征。

3.AGN具有调节星系生长、抑制冷气体和恒星形成的作用。

出品 |搜狐科技

作者 |周锦童

在浩瀚的宇宙中，存在着能释放出巨大能量的活动星系核，它们本质上是中心黑洞处在活跃期的星系。长久以来，科学家们试图穿透其外围浓密的尘埃云，一探包裹在内的超大质量黑洞的真容。

近期，美国亚利桑那大学的天文学家团队使用大型双筒望远镜干涉仪，就在中红外波段捕捉到了迄今为止最清晰的活动星系核（AGN）图像，并将研究结果发表在最新一期《自然·天文学》杂志上。

观测结果有哪些科学意义？吸积盘、尘埃风与射电喷流是什么？AGN又有哪些作用？带着这些问题，搜狐科技对话了南京大学王涛教授。

看到更多细节，符合对活动星系核的认识

“我觉得最直接的意义就是在黑洞周围的吸积盘附近能够看到一些以前看不到的更高分辨率的黑洞活动的特征，对于活动星系核来说这是迄今为止在中红外波段最清晰、最高分辨率的图像。”王涛如是说。

该研究团队为了获得这些高分辨率图像，采用了位于亚利桑那州格雷厄姆山的两台8.4米口径独立镜子的双筒望远镜。

对此，王涛表示：“其实这就是把两台望远镜做干涉，这样的话，它的等效口径相当于两台镜子之间的距离，约14.4米，远超单台望远镜的口径。等效口径越大，镜子分辨率就越高，能够看到更多细节。”

欧洲南方天文台拍摄的螺旋星系NGC 1068图像

值得一提的是，该团队对NGC1068活动星系核的高分辨率图像是在中红外波段获得。选择在红外波段到底有什么优势呢？

“这个问题很重要，黑洞周围存在着许多尘埃，尘埃对光学波段观测具有很强的消光作用，有点像我们雾霾天看不清路一样，但红外对消光作用不敏感，从而能够让我们穿透尘埃，看到光学波段被遮挡的细节。”王涛举例道。

在王涛看来，这次的图像本质上是一种“验证”，因为这基本上符合我们对活动星系核这一天体的认知，包括当前主流活动星系核模型对一些现象的预测，包括射电喷流、明亮的吸积盘、被辐射压吹出来的云团等。

“这些观测细节，尽管基本上没有跳出我们的预期，但对在更高的精度上限制活动星系核的理论模型，以及研究小尺度上黑洞活动对宿主星系的反馈的物理提供了重要的观测依据。”王涛补充道。

谈到这，我们不免发问，那从图像中能否推断出活动星系核的年龄、质量等信息呢？

对此，王涛表示：“活动星系核本质上是中心黑洞正在快速吸积物质的星系，活动星系核的年龄是比较难从类似的图像观测中推断出来的；至于中心黑洞的质量，仅从图像观测也很难得到，需要对活动星系核进行光谱观测（包括其时变信息）来得到。”

吸积盘、尘埃风与射电喷流

正如前面提道的那样，这次捕获的新图像揭示了AGN周围发生的多种物理现象，比如明亮的吸积盘、尘埃风以及射电喷流等现象，它们又是什么呢？

王涛称吸积盘是大质量天体周围由弥散的气体、尘埃、等离子体等因为绕中心旋转（角动量）形成的盘状结构。物质在掉落到中心黑洞周围的过程中由于本身带有角动量很难直接掉入黑洞中，一般会先形成一个吸积盘。

至于尘埃风，是由黑洞吸积物质释放出的巨大能量驱动的辐射压作用于星系中的气体和尘埃的结果。“有点像彗星靠近太阳的时会被吹出尾巴一样，其本质是太阳的辐射压把气体尘埃从彗星本体上剥离出来，尘埃风和它原理十分相似。”王涛举例道。

射电喷流本质上也是黑洞吸积物质释放能量的一种重要方式，但现在学界对其具体形成机制仍未有定论。国内外许多团队都在进行这方面的研究。

谈到这，我们一定会好奇，这些不同剧烈天体活动现象之间的相互作用对星系的整体活动有何影响呢？

在王涛看来，这是星系研究的非常核心和重要的话题，包括他的研究团队也在不断探索黑洞活动对整个星系的影响。

“科学家通过理论计算和数值模拟等方式很早就发现，中心黑洞的活动对宿主星系的形成演化非常重要，如果脱离了活动星系核或中心黑洞对星系的作用，就无法在模拟中准确复现我们今天观测到的星系的一系列特征。”

“所以如果我们不在模拟加入中心黑洞的反馈作用，那么模拟得到的星系往往会比今天长得更大，这与真实的宇宙是不符合的，从这个意义上讲，AGN的作用主要就是调节星系生长，阻止过快形成、形成过多的恒星。”王涛解释道。

对此，王涛举了个形象的例子：“像射电喷流和尘埃风都会往星系中注入能量，就像屋子中有个火炉一直烤一样，温度降不下来。而想要形成太阳这样的恒星有一个先决条件就是要有足够的冷气体，只有冷气体才可以让它聚集到足够高的密度从而形成恒星，而AGN的活动会阻碍气体的冷却，或者直接把它吹跑。”

未来继续探索黑洞对星系形成演化的影响

谈及目前现有的观测手段，王涛讲述了两种技术方向：一是增加单个镜子的口径，二是要利用像该项研究中所涉及的干涉技术。

“黑洞的视界是很小的，因此需要高分辨率才能观测到黑洞周围或者活动星系核的中心区域，最有希望的技术方向就像文章所示的那样进行干涉，既然单个镜子的分辨率受限，那就使用多个镜子，组成‘干涉阵’，像前几年EHT给黑洞“拍照”的成果就是基于（亚）毫米波干涉阵得到的。”王涛如是说。

中心黑洞活动对宿主星系形成演化的影响是当前星系宇宙学研究的重要方向，也是王涛团队和很多国内外团组当前的重要研究内容。

“大家会觉得星系中心黑洞一般都有几百万太阳质量是很大的，但其实相对对于宿主星系而言还是比较小的，可能只占宿主星系恒星质量的千分之一到万分之一，甚至更小。所以最开始的时候可能很多人对黑洞对星系的作用没有很强的预期，但现在慢慢发现中心黑洞的作用在星系演化历史中其实是必不可少的。”

“这提醒我们要以系统观的角度来看问题，中心黑洞是星系的重要组成部分。以前我们往往研究黑洞的只研究黑洞，研究星系的只专注星系，现在发现如果不进行结合，很难有创新性的成果。"

"当然这不是一件容易的事情，星系可以说是宇宙中最大的复杂系统，它们的形成演化同时受到多种不同空间和不同时间尺度的物理机制的影响，需要我们结合多个研究方向多进行综合。”王涛如是说。返回搜狐，查看更多