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这些云居然可以与黑洞共存,到底是怎样的云?和地球上的一样吗?

类别:社会 发布时间:2024-06-12 09:46:00 来源:天文在线

利用计算机模拟物质团运动,科学家们对“黑洞周围的物质团外围要比内缘温度高”做出初步解释:内缘高密度物质碰撞致使升温,高温粒子向外逃逸,冷却物质向内沉降导致内冷外热。

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在浩瀚宇宙的阴影中,所有潜伏的宇宙生物里,也许没有一种生物能像黑洞那样难以捉摸,可怕和无情。

没有什么能逃过黑洞的强大控制力,甚至连光也不能。大量的物质被挤在一个狭小的空间里,并具有吞噬周围气体和灰尘的引力。

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然而,在黑洞附近已经观察到大规模的宇宙云,这些宇宙云没有受到伤害。到目前为止,科学家们一直不确定它们的起源,也不确定它们是如何冷到可以和黑洞在一起。但是一项新的研究可能刚刚揭开了这对不可能的组合背后的秘密。

这项研究发表在《天体物理学杂志》上,可以帮助改善天文学家对黑洞及其周围环境的观察。

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什么是宇宙云?

存在于深空的云与我们在白天的天空中看到的云不同。宇宙云不是由水蒸气形成的,而是由密集的、结块的气体组成的,可以延伸到地球与离我们太阳最近的恒星半人马座之间的距离,存在于超过4光年之外的地方。

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图解:艺术家对位于星系中心的黑洞的描述,周围是丛生的云层。图源:Nima Abkenar

天文学家一直在观察星系中心一些更巨大的黑洞附近的巨大的云团,但并不真正了解它们是如何形成的。

为了帮助解决这个谜团,这项新研究背后的研究小组创建了一个计算机模型,模拟黑洞的气体外流现象 。

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随着气体和尘埃等物质落入黑洞,一些气体也会向外流动,离开星系中心。银河系中心附近区域的能量往往是很高的,当黑洞用其引力将它们拉入时,所有在黑洞周围移动的粒子都会产生热气。

这些云开始时很小,之后会在超过1个parsec(约19万亿英里)的地方大规模增长,并以每小时约2000万英里的速度移动。

但是,这种气体流动并不像科学家预期的那样平滑。相反,这些气体形成了结块的云。如果气体流动的速度足够快,那么它就不会降温到足以形成团块。

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这项新研究背后的作者之一,拉斯维加斯内华达大学的天体物理学家Daniel Proga,他将其比作等待上高速路匝道的汽车。他在一份声明中这样描述:"每隔一段时间,你就会有一群汽车,"。

为了解释这些云,这项新研究研究人员提出,因为气体周围的密度在外围稍低,这导致它比更远处的气体升温更快。据美国宇航局称,其结果类似于使热气球漂浮的浮力,气球内加热的空气比外面较冷的空气轻,而密度的差异使气球上升。

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"这项工作很重要,因为天文学家总是需要把云放在一个特定的位置和速度,以适应我们从[活动星系核]看到的观察结果,"内华达大学的博士生、该研究的主要作者Randall Dannen在一份声明中说。"他们往往不关心云层是如何形成的具体情况,而我们的工作为这些云层的形成提供了一个潜在的解释。"

研究人员要进一步研究这些宇宙云,希望能找出云层移动如此之快的原因。

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在活动星系核(AGN)中,可能驱动质量外流的主要机制之一是热驱动。电离和加热等离子体的X射线也会使其热不稳定。事实上,观察到的AGN风中的团块是由热不稳定性(TI)造成的。虽然许多采用AGN外流的随时间变化的数值模拟的研究已经包括了TI的必要物理学,但目前为止,还没有一个研究能够产生结块现象。

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我们在这提出了第一个这样的一维和二维的结块风模拟,通过模拟被AGN照射的准星系尺度的外流而得到的。通过对广泛的参数调查和物理论证的分析,我们发现,以前的数值模型中缺乏结块的现象可以归因于以下三种影响。

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1.没有足够的辐射加热或其他物理过程阻止流出的气体进入TI区;2.在气体进入TI区的情况下,拉伸的稳定效应(由于快速的径向加速);3. 流速效应:在拉伸效率不高的情况下,流速仍然可以很快地通过TI区,使扰动增长太快。除了这些,我们还发现,在外流中触发TI需要一个必要条件,那就是:一旦气体进入TI区,压力电离参数将沿流线下降。

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