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原作：羅伯特·李

翻譯：陳浩

校譯：王婧彧、申振宇、牧夫校對(duì)組

編排：毫秒

后臺(tái)：李子琦

https://www.space.com/astronomy/black-holes/scientists-find-wind-blowing-from-our-milky-ways-black-hole-after-half-century-search-there-it-is

“這就是大家50年來(lái)一直在尋找的東西。”

由阿塔卡馬大型毫米/亞毫米波陣列（ALMA）和錢德拉X射線望遠(yuǎn)鏡拍攝的銀河系中心景象。

（圖片來(lái)源：X射線：NASA/CXC/ Northwestern Univ./M. Gorski；射電波段：ESO/NAOJ/NRAO/ALMA；圖像處理：NASA/CXC/SAO/K. Arcand 和 P. Edmonds；NASA/ UMass/D. Wang 等。）

經(jīng)過(guò)50年的搜尋，天文學(xué)家終于發(fā)現(xiàn)了來(lái)自銀河系中心超大質(zhì)量黑洞——人馬座A*（Sgr A*）——的強(qiáng)勁風(fēng)暴證據(jù)。這一發(fā)現(xiàn)加深了我們對(duì)超大質(zhì)量黑洞周圍以及銀河系中心環(huán)境的理解。

科學(xué)家們長(zhǎng)期以來(lái)一直認(rèn)為，黑洞在吞噬物質(zhì)的同時(shí)會(huì)釋放能量，從而將物質(zhì)從其周圍推開，這一過(guò)程被稱為“黑洞風(fēng)”。人馬座A*也是如此，但它攝取的氣體和塵埃極其稀少，若以人的進(jìn)食量為參照，相當(dāng)于每百萬(wàn)年只吃一粒米。

問(wèn)題在于，科學(xué)家們一直未能搜集到黑洞風(fēng)吹過(guò)銀河系中心的證據(jù)。這一謎團(tuán)在天文學(xué)界懸而未決長(zhǎng)達(dá)近半個(gè)世紀(jì)——直至今日才逐漸揭開它的面紗。

“除非黑洞存在于完全真空的環(huán)境中，否則它必然會(huì)以某種方式噴射出黑洞風(fēng)，然而在星際空間中也并不存在完美真空。”研究團(tuán)隊(duì)聯(lián)合負(fù)責(zé)人、西北大學(xué)研究員馬克·戈?duì)査够谝环萋暶髦斜硎荆敖柚碌挠^測(cè)數(shù)據(jù)，我們首次獲得了足夠清晰的圖像，得以觀察到這種風(fēng)留下的痕跡。我們審查數(shù)據(jù)時(shí)不禁感嘆：‘終于找到它了。這就是大家50年來(lái)一直在尋找的東西。’”

觀測(cè)黑洞風(fēng)，絕非易事。

科學(xué)家們?cè)缫阎溃谖e物質(zhì)的黑洞會(huì)驅(qū)動(dòng)強(qiáng)大的外流，其中包括噴流和黑洞風(fēng)。當(dāng)落向黑洞的物質(zhì)被加速至接近光速時(shí)，會(huì)產(chǎn)生壓力將落入的物質(zhì)再推開，從而形成黑洞風(fēng)。此前，人們已在高吸積率黑洞中觀測(cè)到這種現(xiàn)象，但在幾乎不“進(jìn)食”的人馬座A*上卻未曾發(fā)現(xiàn)。這是因?yàn)椋紫人鼣z入的物質(zhì)稀少，其次，從我們太陽(yáng)系的角度去觀測(cè)會(huì)被銀河系平面所遮擋，因而追蹤這種黑洞風(fēng)是極為困難的。

戈?duì)査够谖鞅贝髮W(xué)的同事、該研究團(tuán)隊(duì)的聯(lián)合負(fù)責(zé)人莉娜·穆爾奇科娃指出，科學(xué)家們首次在人馬座A*周圍極近處探測(cè)到了為這個(gè)超大質(zhì)量黑洞提供物質(zhì)的分子氣體。這一發(fā)現(xiàn)讓科學(xué)家們確認(rèn)人馬座A*和其它超大質(zhì)量黑洞也是類似的。

“風(fēng)力并不太強(qiáng)勁，而且風(fēng)向也可能隨時(shí)間偏移。這表明我們銀河系的黑洞并非獨(dú)一無(wú)二，我們?cè)谟钪嬷械奈恢靡膊⒎仟?dú)一無(wú)二，”穆爾奇科娃補(bǔ)充道。“要觀測(cè)我們銀河系的這個(gè)黑洞，我們必須透過(guò)銀河系的平面進(jìn)行觀測(cè)。這意味著我們必須穿透氣體、塵埃和電離結(jié)構(gòu)來(lái)觀察，而要穿透這些物質(zhì)進(jìn)行觀測(cè)非常困難。”

這張銀河系中心的合成圖像，融合了ALMA的射電數(shù)據(jù)和錢德拉天文望遠(yuǎn)鏡的X射線數(shù)據(jù)。

（圖片來(lái)源：X射線：NASA/CXC/UMass/D. Wang等人；射電：ALMA(ESO/NAOJ/NRAO)/S. Longmore等人；背景：ESO/D. Minniti等人。）

為了克服這些困難，研究團(tuán)隊(duì)利用了位于智利北部，由66個(gè)射電天線陣列組成的阿塔卡馬大型毫米/亞毫米波陣列（ALMA）對(duì)銀河系中心進(jìn)行了五年深度觀測(cè)。這些觀測(cè)數(shù)據(jù)為人馬座A*周圍約3光年范圍內(nèi)的冷分子氣體提供了迄今為止最清晰的圖像。科學(xué)家們從這些觀測(cè)結(jié)果中發(fā)現(xiàn)的最令人震驚的一點(diǎn)是，在這片冷卻的氣體云中存在著一個(gè)長(zhǎng)達(dá)3光年的錐形空洞。他們推測(cè)，這個(gè)空洞必定是被黑洞風(fēng)中更熱的氣體清掃出來(lái)的，這些熱氣體可能將前方的冷氣體推開，也可能將冷氣體加熱。

“如果從黑洞中噴射出高溫物質(zhì)，它不會(huì)與低溫物質(zhì)共存，”戈?duì)査够f(shuō)，“它要么會(huì)將低溫物質(zhì)擠出去，要么會(huì)將其加熱。而且，如果溫度過(guò)高，低溫氣體也就不再存在了。”

人馬座A* 周圍的區(qū)域星體密集，雖然這些恒星也會(huì)向外噴射物質(zhì)風(fēng)，但研究團(tuán)隊(duì)認(rèn)為，這些恒星風(fēng)所攜帶的能量不足以雕琢出如此巨大的空洞。

“這表明存在大量物質(zhì)流失。我們計(jì)算過(guò)形成這個(gè)空洞所需的能量，而該區(qū)域的恒星所能提供的能量遠(yuǎn)不足以滿足這一需求，”戈?duì)査够忉尩馈！昂?jiǎn)而言之，這必然源于超大質(zhì)量黑洞的能量輸入。而且，如果你順著錐體的側(cè)面形狀看，它正好指向那個(gè)黑洞。”

為了再次驗(yàn)證研究結(jié)果，科學(xué)家們參考了美國(guó)宇航局的錢德拉X射線空間望遠(yuǎn)鏡對(duì)同一區(qū)域的觀測(cè)數(shù)據(jù)。

“非同尋常的論斷需要非同尋常的證據(jù)，”戈?duì)査够f(shuō)，“我們想確保自己看到的并非某種成像偽影。錢德拉望遠(yuǎn)鏡拍攝的X射線圖像恰好與研究結(jié)果完美契合，分子特征完全吻合。”

通過(guò)揭示來(lái)自冷氣體空洞區(qū)域的X射線輻射，ALMA的觀測(cè)結(jié)果得到了證實(shí)。

穆爾奇科娃說(shuō)，“當(dāng)你發(fā)現(xiàn)某種前所未見(jiàn)的事物時(shí)，腦海中閃過(guò)的第一個(gè)念頭并不是‘天哪，我們有新發(fā)現(xiàn)’，而是‘天哪，我的分析哪里出錯(cuò)了？’，但當(dāng)我們將新的圖像與X射線圖像疊加在一起時(shí)，一切就說(shuō)得通了。”

一張位于銀河系中心的超大質(zhì)量黑洞“人馬座A*”的圖像。

（圖片來(lái)源：EHT合作組）

雖然研究團(tuán)隊(duì)的成果證實(shí)，與其它星系中位于明亮而劇烈活動(dòng)區(qū)域、也就是活動(dòng)星系核（AGN）中的超大質(zhì)量黑洞相比，人馬座A* 異常平靜，但這股黑洞風(fēng)的活動(dòng)卻并不是看上去那般無(wú)精打采。事實(shí)上，科學(xué)家認(rèn)為它已經(jīng)肆虐了大約2萬(wàn)年。

“大多數(shù)其它星系在其生命周期的大部分時(shí)間里都處于并不特別活躍的狀態(tài)，”穆爾奇科娃說(shuō)，“但我們只能在它們處于‘煙花綻放’階段時(shí)觀察到它們。研究處于‘煙花綻放’階段的黑洞雖然引人注目，但那其實(shí)并非它們的主要狀態(tài)。人馬座A* 終于為我們打開了一扇窗口，讓我們得以窺見(jiàn)黑洞處于這種平靜狀態(tài)時(shí)的生命歷程。”

責(zé)任編輯：楊宜修

牧夫新媒體編輯部

『天文濕刻』 牧夫出品

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圍繞著銀河系超大質(zhì)量黑洞（即人馬座A*或Sgr A*）的一團(tuán)恒星和氣體。

圖片來(lái)源：ESO/D. Ribeiro，MPE GC團(tuán)隊(duì)代表

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