磁风驱动近邻星系超大质量黑洞成长

ESO320-G030星系中的超大质量黑洞在磁场的帮助下，螺旋状的风帮助其成长。在这幅插图中，星系的核心由一股旋转的高密度气体风主导，这股气体风从星系最中心的（隐藏的）超大质量黑洞向外喷发。气体的运动是通过氰化氢分子发出的光进行追踪的，ALMA 望远镜对此进行了测量。资料来源：M.D. Gorski/Aaron Geller/西北大学/CIERA

美国西北大学领导的国际天文学家小组通过对附近星系ESO320-G030的研究，发现极其强大的旋转磁风有助于该星系中心超大质量黑洞的生长。

这一过程与新恒星和行星的诞生过程惊人地相似，它们都是由气体和尘埃漩涡提供能量的。这项新发现为解开超大质量黑洞如何成长为重达数百万或数十亿颗恒星这一长期未解之谜提供了一条未知线索。

西北大学的马克-戈尔斯基（Mark Gorski）是这项研究的负责人，他说："众所周知，恒星在演化的最初阶段是在旋转风的帮助下成长的--旋转风由磁场加速，就像这个星系中的风一样。我们的观测结果表明，超大质量黑洞和微小恒星可以通过类似的过程生长，但规模却截然不同。"

这项研究发表在今年春天的《天文学与天体物理学》杂志上。

戈尔斯基是研究星系演化的专家，是西北大学天体物理学跨学科探索研究中心（CIERA）的博士后研究员。研究开始时，戈尔斯基是瑞典查尔姆斯理工大学的博士后研究员。

带箭头的彩色线条显示了由氰化氢分子发出的光追踪到的气体运动，并通过 ALMA 望远镜看到（蓝色表示朝向我们的运动，红色表示远离我们的运动）。资料来源：M.D. Gorski/Aaron Geller/西北大学/CIERA

包括我们银河系在内的大多数星系的中心都有一个超大质量黑洞。这些令人匪夷所思的巨大天体是如何长成超大型的，一直是个未解之谜。

为了寻找线索，戈尔斯基和他的合作者将目光投向了距离地球仅有1.2亿光年的相对较近的星系ESO320-G030。ESO320-G030 是一个高度活跃的星系，形成恒星的速度是银河系的 10 倍。天文学家利用智利阿塔卡马大型毫米/亚毫米波阵列（ALMA）天文台的望远镜对该星系进行了研究。

这项研究的合著者、查尔默斯理工大学射电天文学教授苏珊娜-阿尔托（Susanne Aalto）说："由于这个星系在红外线下非常明亮，望远镜可以分辨出其中心的惊人细节。我们希望测量来自星系核心的风所携带的分子光，希望追踪风是如何被一个正在成长--或即将成长--的超大质量黑洞所发射的。通过使用ALMA，我们能够研究来自厚厚的尘埃和气体层后面的光。"

为了研究紧密徘徊在ESO320-G030中心黑洞周围的稠密气体，科学家们研究了氰化氢分子发出的光。利用多普勒效应技术，研究人员对气体中的细节和运动轨迹进行了成像，发现了表明存在磁化旋转风的模式。

其他的风和喷流通常会把物质从星系中央的超大质量黑洞中推开，而新发现的风则增加了另一个过程，它反而会给黑洞提供养料，帮助它成长。

研究人员把围绕黑洞运动的物质比作绕着下水道旋转的水。当物质接近黑洞时，首先会聚集成一个混乱旋转的圆盘。在那里，磁场形成并变得越来越强。磁场帮助物质离开星系，形成一个风的漩涡。当物质流失到风中时，旋转盘就会减慢速度，这就把缓慢的物质涓流变成了溪流--这意味着物质更容易流入黑洞。

阿尔托说："我们可以看到风是如何形成螺旋状结构，从星系中心向外扩散的。当我们测量向外流的物质的旋转、质量和速度时，我们惊奇地发现，我们可以排除许多对风的力量的解释，例如包括恒星的形成。相反，向外流的物质可能是由流入的气体驱动的，而且似乎是由磁场吸附在一起的。"

下一步，研究人员计划研究其他星系的中心，寻找隐藏的螺旋外流。

戈尔斯基说："在我们的观测中，我们看到了旋转风的明显证据，它有助于调节星系中心黑洞的生长。现在我们知道该寻找什么了，下一步就是找出这种现象的普遍程度。如果这是所有拥有超大质量黑洞的星系都会经历的一个阶段，那么它们接下来会发生什么呢？关于这个过程的所有问题还远未得到解答。"

编译自/ScitechDaily