哈勃发现黑洞光束促进恒星喷发

Josiah02

天文学家利用美国宇航局/欧洲航天局哈勃太空望远镜发现了一个令人惊讶的现象：一个巨大星系核心的超大质量黑洞喷出的喷灯状喷流似乎会导致恒星沿着其轨迹喷发。这些被称为新星的恒星并没有被喷流困住，但显然位于附近的一个危险环境中。
该研究发表在arXiv预印本服务器上。
这一发现让寻求解释的研究人员感到困惑。“我们不知道发生了什么，但这是一个非常令人兴奋的发现，”斯坦福大学的主要作者亚历克·莱辛说。“这意味着我们对黑洞喷流如何与周围环境相互作用的理解还存在一些缺失。”
双星系统中爆发出一颗新星，一颗衰老、膨胀的正常恒星将氢喷洒到一颗燃尽的白矮星伴星上。当这颗白矮星表面积累了一英里深的氢层时，这层氢层就会像一颗巨型核弹一样爆炸。白矮星不会被新星爆发摧毁，新星爆发会喷出其表面层，然后重新从其伴星上吸取燃料，新星爆发循环又重新开始。
哈勃望远镜在观测期间发现，喷流附近的新星数量是该巨型星系其他地方的两倍。喷流由一个 65 亿太阳质量的中心黑洞发射，周围环绕着一个旋转物质盘。
黑洞充满了坠落的物质，它以接近光速的速度向太空喷射出长达 3000 光年的等离子体射流。被这束高能光束捕获的任何东西都会发出嘶嘶声。但根据哈勃望远镜的最新发现，靠近其炽热的流出物显然也很危险。
绘制哈勃太空望远镜观测到的巨型椭圆星系 M87 中新星（爆炸恒星）的位置。该星系最显著的特征是从超大质量中心黑洞喷出的 3,000 光年长的等离子体喷流。哈勃观测发现喷流附近有大量新星。这些新星以红色圆圈标识，当新星爆炸时，红色圆圈会变成白色。恒星似乎在喷流附近爆炸更频繁。喷流可能将星际氢推向邻近恒星，增强恒星燃料过程，从而增加爆炸率。当对整个星系进行光度测量时，距离喷流较远的新星较少。NASA、ESA、Joseph DePasquale（STScI）
在喷流附近发现两倍数量的新星意味着在喷流附近有两倍数量的新星形成双星系统，或者这些系统的喷发频率是星系其他地区类似系统的两倍。
“喷流会对进入周围区域的恒星系统产生影响。也许喷流会以某种方式将氢燃料扫向白矮星，从而导致它们更频繁地喷发，”莱辛说。
“但目前还不清楚这是否是一种物理推动。这可能是喷流发出的光的压力效应。当你更快地输送氢气时，喷发就会更快。某种东西可能会使喷流附近白矮星的质量转移率翻倍。”
研究人员考虑的另一种观点是，喷流加热了矮星的伴星，导致其进一步溢出，并将更多的氢倾倒到矮星上。然而，研究人员计算出，这种加热程度还不足以产生这种影响。
“我们并不是第一个说 M87 喷流周围似乎有更多活动的人，”纽约市美国自然历史博物馆的联合研究员迈克尔·沙拉 (Michael Shara) 说道。“但哈勃望远镜显示的这种活动增强的例子和统计意义比我们以前任何时候都多得多。”
1990 年哈勃望远镜发射后不久，天文学家就利用其第一代暗淡物体相机 (FOC) 观测了 M87 中心，那里隐藏着巨大的黑洞。他们注意到黑洞周围发生了一些不寻常的事情。
哈勃拍摄的 M87 星系照片。来源：NASA、ESA、A. Lessing（斯坦福大学）、E. Baltz（斯坦福大学）、M. Shara（美国自然历史博物馆）、J. DePasquale（STScI）
几乎每次哈勃望远镜观测时，天文学家都会看到蓝色的“瞬变事件”，这可能是新星爆发的证据，就像附近狗仔队的闪光灯一样。但 FOC 的视野非常狭窄，哈勃天文学家无法将视线从喷流中移开，与近喷流区域进行比较。二十多年来，结果一直神秘而诱人。
哈勃望远镜使用更新、视野更宽的相机对喷流对宿主星系恒星的影响进行了九个月的观测，收集了令人信服的证据，以计算喷发的新星数量。这对望远镜的观测计划来说是一个挑战，因为它需要每五天精确地重新访问 M87 一次以拍摄另一张快照。将所有 M87 图像加起来，得到了有史以来拍摄的最深的 M87 图像。
哈勃望远镜在 M87 的三分之一区域发现了 94 颗新星。“我们观察的不只是喷流，我们观察的是整个星系内部。一旦你将所有已知的新星都绘制在 M87 上方，你就不需要统计数据来说服自己，喷流中存在过多的新星。这不是火箭科学。我们只是通过查看图像就发现了这一点。虽然我们真的很惊讶，但我们对数据的统计分析证实了我们所看到的东西，”莎拉说。
“我们正在目睹一种有趣但又令人费解的现象，”研究吸积超大质量黑洞对遥远宇宙中其所在星系的影响的欧空局研究员 Chiara Circosta 评论道。
“我对这一发现感到非常惊讶。对附近星系进行如此详细的观测非常有价值，可以扩展我们对喷流如何与其宿主星系相互作用并可能影响恒星形成的理解。”
这一成就完全归功于哈勃望远镜的独特能力。地面望远镜的图像不够清晰，无法看到 M87 深处的新星。它们无法分辨靠近星系核心的恒星或恒星喷发，因为黑洞周围的光线太亮了。只有哈勃望远镜才能在明亮的 M87 背景下探测到新星。
新星在宇宙中非常常见。每天，M87 星系中都会有一颗新星爆发。但由于可见宇宙中至少有 1000 亿个星系，因此每秒大约有 100 万颗新星在某个地方爆发。