|
左圖為M77星系，右圖為研究團隊用MATISSE觀測到的活動星系核。圖片來源：ESO/Jaffe, Gámez-Rosas et al. 宇宙中大部分星系和銀河系一樣，光線主要是由恒星發(fā)出的。不過，也有一些星系核心發(fā)出的光足以讓整個星系顯得暗淡無光，它們被稱為活動星系核?；顒有窍岛擞泻芏喾N表現(xiàn)形式，其中類星體被認為是宇宙中最亮的天體。30年前，天文學家預(yù)言所有活動星系核都共享一個“統(tǒng)一模型”，近日，科學家終于通過紅外干涉儀的圖像證明了這一點。 編譯｜王昱 審校｜白德凡 活動星系核 不過，上世紀中葉以來，天文學家逐漸發(fā)現(xiàn)少部分不一樣的星系。這些星系非常亮，其光譜也顯示出明顯的非熱輻射特征。同時，這些星系的光譜能在幾天到一年內(nèi)迅速發(fā)生變化，這說明整個星系主要發(fā)光的部分尺度不超過1光年。這些星系被稱為活動星系，而它們最明亮的核心，就是讓天文學家心馳神往的活動星系核（active galactic nucleus, AGN）。 說到全宇宙中最高能的天體，常常會讓人想到超新星。對公元1054年的超新星，史書記載道：“晝見如太白，芒角四出，色赤白?！奔词故前滋?，人也能用肉眼看到超新星，亮度和金星（太白）相當。但如果按絕對亮度來算，活動星系核產(chǎn)生的類星體才是宇宙中最亮的天體。但是由于距離太過遙遠，直到上世紀中葉，天文學家才逐漸確認它的存在。 除此之外，有的活動星系核還會釋放射電輻射；有的活動星系核則略顯克制；有的還存在綿延數(shù)千光年的噴流，在一些星系中，因為角度和速度的關(guān)系，噴流的速度在我們看來甚至超越了光速。（當然，這是一種視錯覺。）
統(tǒng)一模型 不過，1993年，羅伯特·安東努奇（Robert Antonucci）提出了一種“統(tǒng)一模型”，他認為，所有的活動星系核本質(zhì)上都是一樣的，都是一個被厚重塵埃環(huán)圍繞的超大質(zhì)量黑洞，它以塵埃為食，物質(zhì)在被黑洞吞噬前，會繞著黑洞盤旋加速，釋放大量能量，這個過程中釋放的非熱輻射會讓整個星系都黯然失色。我們觀測到不同類型的活動星系核，只是因為它朝向我們的方向不同而已。
因為這種模型簡單且合理地解釋了天文學家觀測到的現(xiàn)象，并且和觀測事實符合的也很好，它很快被廣泛接受了。天文學家之前也找到了一些能支持“統(tǒng)一模型”的證據(jù)，其中包括在M77星系中心發(fā)現(xiàn)了暖塵埃。然而，對于塵埃能否完全遮蔽黑洞的懷疑仍然沒有消解，天文學家仍然懷疑這是否能解釋為何M77中心的活動星系核在可見光上比其他的暗。 不過，多虧了歐洲南方天文臺甚大望遠鏡干涉儀（VLTI），由荷蘭萊頓大學的維奧萊塔·加梅茲·羅斯（Violeta Gámez Rosas）領(lǐng)導的一個研究團隊終于能給M77星系中心的活動星系核拍攝一張?zhí)貙?。在厚厚的塵埃后面，隱藏著這個星系中心的狂暴的超大質(zhì)量黑洞，這證實了30年前的預(yù)測，將人類對活動星系核的理解向前再推一步。相關(guān)結(jié)果近日發(fā)表在《自然》雜志上。 塵埃中的黑洞 “塵埃云的性質(zhì)，以及它們?nèi)绾巫饔糜诤诙垂┠?，如何決定了黑洞看上去的樣子，在過去三十年里一直是活動星系核研究的核心問題。”羅薩斯解釋道，“雖然沒有一勞永逸解決所有問題的結(jié)果，我們?nèi)匀辉诶斫饣顒有窍岛藱C制上邁出了重要的一步。” 本次觀測是由安裝在智利阿塔卡馬沙漠VLTI上的多孔徑中紅外光譜實驗（MATISSE）實現(xiàn)的。MATISSE能將VLT的四座8.2米望遠鏡收集的紅外光用干涉技術(shù)合并起來，研究團隊用它掃描了M77的中心，該星系位于鯨魚座方向，據(jù)我們4700萬光年。
“MATISSE可以看到很多波長的紅外線，這讓我們能透過塵埃，準確測量溫度。因為VLTI是非常大的干涉儀，它的分辨率甚至足以讓我們看到在遙遠的M77中心發(fā)生了什么。我們獲得的圖像詳細描述了黑洞周圍塵埃云的溫度和吸收率變化。”萊頓大學教授、合著者沃爾特·賈菲（Walter Jaffe）說。
MATISSE儀器照片，它能將VLTI四個望遠鏡的光結(jié)合起來。圖片來源：ESO 結(jié)合黑洞強烈輻射造成的塵埃溫度變化（從室溫到1200°C左右）和吸收圖，研究小組繪制了一張詳細的塵埃圖片，并精準定位了黑洞的位置。塵埃環(huán)內(nèi)側(cè)較厚，還有一個廣闊的圓盤結(jié)構(gòu)，黑洞位于其中心，這支持了統(tǒng)一模型。研究團隊還利用阿塔卡馬大型毫米/亞毫米波陣（ALMA）的數(shù)據(jù)來構(gòu)建它們的圖像。 “我們的研究成果應(yīng)該有助于更好地理解活動星系核的內(nèi)部工作原理?！绷_薩斯總結(jié)道，“它們還可以幫助我們更好地了解銀河系的歷史，銀河系的中心同樣有一個超大質(zhì)量黑洞，它在過去可能也很活躍?！?/span> 研究人員啊正在試圖用這個方法觀測更多星系，找到更多支持活動星系核統(tǒng)一模型的證據(jù)。 團隊成員布魯諾·洛佩茲（Bruno Lopez）是MATISSE的首席研究員，他說：“M77是一個重要的活動星系核原型，對它的觀測是擴展我們的觀測計劃，優(yōu)化MATISSE以調(diào)查更多活動星系核的一個極好動機?！?/span> ESO的特大望遠鏡（Extremely Large Telescope, ELT）將在十年內(nèi)開始觀測，它也能協(xié)助搜索，提供的結(jié)果將補充該團隊的發(fā)現(xiàn)，并使他們能探索活動星系核和星系之間的相互作用。 |
|
|
