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. Niel Brandt 在内的研究小组在《皇家天文学会月刊》（Monthly Notices of the Royal Astronomical Society）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's Chandra X-ray Observatory）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. of Nottingham/H.Russell et al：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（Helen Russell）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（Thomas Braben）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