高速電離氣體的密度分布測(cè)算超大外流氣體的尺度和能量

2019-04-04 10:23:48來源：觀察者網(wǎng)

超大質(zhì)量黑洞產(chǎn)生的強(qiáng)大輻射可以將其周圍氣體電離，并吹向星際空間形成高速外流，對(duì)其所在星系造成影響。但受目前觀測(cè)能力限制, 人們對(duì)外流高速氣體的物理性質(zhì)及其對(duì)星系演化的具體影響了解甚少。

據(jù)科學(xué)網(wǎng)報(bào)道，中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)天文學(xué)系教授王挺貴和劉桂琳課題組在《自然-天文學(xué)》發(fā)表成果，他們利用光譜吸收線光變，首次得到了超大質(zhì)量黑洞所驅(qū)動(dòng)高速氣體的物理性質(zhì)分布，證明高速外流氣體有足夠的能量影響星系演化。

超大質(zhì)量的黑洞可以吸積周圍物質(zhì)(如塵埃、氣體等密度很低的物質(zhì))，形成圍繞黑洞旋轉(zhuǎn)的吸積盤。

藝術(shù)家想象的超大質(zhì)量黑洞吸積盤形成的高速氣體外流(圖片來源：ESA)

“吸積盤產(chǎn)生強(qiáng)烈的多波段電磁輻射(功率超10萬億倍太陽光度)，并對(duì)黑洞附近的氣體產(chǎn)生巨大的推動(dòng)力。因此，圍繞黑洞‘打轉(zhuǎn)’的氣體又被‘推’出來。可以說黑洞是個(gè)很浪費(fèi)‘糧食’的‘吃貨’，浪費(fèi)的食物比吃下去的還多。”論文第一作者兼通訊作者、中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)天文學(xué)系特任副研究員何志成向《中國科學(xué)報(bào)》介紹。

“推”出來的外流氣體速度可達(dá)0.1倍光速，擁有巨大能量。“外流氣體所攜帶的能量可能會(huì)將星系中的物質(zhì)‘撞’出去，改變星系的質(zhì)量，從而影響星系演化。”何志成說。

據(jù)何志成介紹，外流氣體的尺度是理解外流起源，以及衡量其對(duì)星系環(huán)境影響的關(guān)鍵參數(shù)之一。然而，傳統(tǒng)方法只能測(cè)量寬度較窄的光譜吸收線，對(duì)典型的寬吸收線外流氣體束手無策。因此近30年來，科學(xué)家們僅測(cè)量了20多個(gè)外流氣體的數(shù)據(jù)，其他典型氣體數(shù)據(jù)尚未可知。

與傳統(tǒng)測(cè)量方法思路不同，研究人員另辟蹊徑，從光譜光變的角度研究高速外流氣體的性質(zhì)。

當(dāng)黑洞、外流氣體及地球三點(diǎn)連成一條直線時(shí)，外流氣體在光譜上表現(xiàn)為吸收線。研究人員用望遠(yuǎn)鏡觀看，確定了光譜吸收線光變的原因?yàn)楹诙次e盤輻射光度的變化。接下來，利用吸收線光變探測(cè)率曲線，推導(dǎo)出外流氣體對(duì)中心黑洞吸積盤輻射變化的響應(yīng)時(shí)標(biāo)分布。

“響應(yīng)時(shí)標(biāo)與密度成反比，由此我們最終確定了這些高速電離氣體的密度分布，進(jìn)而知道了氣體的尺度和能量。”何志成表示。

利用此方法，結(jié)合美國斯隆數(shù)字巡天發(fā)布的光譜數(shù)據(jù)，研究人員首次給出大樣本中近1000個(gè)外流氣體的物理性質(zhì)分布。確定了外流氣體到中心黑洞的距離為數(shù)十光年量級(jí)，且能量大約超過黑洞吸積盤輻射的5%，足夠影響星系的演化。

“我們證明了這些外流氣體有足夠的能力對(duì)其所在星系產(chǎn)生影響，但這些氣體是否做了這件事，還需進(jìn)一步驗(yàn)證。”何志成告訴《中國科學(xué)報(bào)》。

標(biāo)簽：超大尺度高速電離氣體