我国科学家在黑洞研究领域取得重要进展

北京时间2019年9月5日,国际权威学术期刊《自然》杂志在线发表了中国极地研究中心、中国科学院国家天 台和中国科学技术大学联合国内外多家科研单位和高校共同完成的一项黑洞研究重要成果,论 题为《供给类星体超大质量黑洞吸积盘燃料的核区快速内流》。

类星体是宇宙中最明亮的天体之一,是遥远星系中的剧烈发光现象。天 学家认为几乎所有星系中心都存在超大质量黑洞,星系中的气体(称为星际物质)下落到黑洞1000个引力半径左右(约1光年)时,由于黑洞的强大引力和高速转动会形成盘状气体流(称为吸积盘),在吸积盘中释放万亿倍太阳亮度的引力能,发光远远超过整个星系。星际物质作为黑洞吸积盘发光的燃料,整个输运过程要跨域巨大的空间范围。天 学家已经观测到气体从星系大尺度空间(半径约10,000—100,000光年)流入星系核区(半径约10—100光年)的证据,但一直未建立有效手段直接探测由星系核区流入吸积盘的气体,导致黑洞吸积理论长期缺失最为关键的观测证据。项目团队率先提出利用宇宙中最为丰富的氢和氦元素的光谱吸收线特征来示踪供给吸积盘的气体流,并成功在一批类星体的光谱中观测到最高多普勒红移速度达5000公里每秒的宽吸收线特征。吸收线发生红移表明气体正背向观测者运动流入星系核区,吸收线的宽度即红移速度从0到5000公里每秒连续变化显示了气体受黑洞引力作用持续加速下落的过程,最高红移速度5000公里每秒则对应着吸积盘外边界处黑洞引力的自由落体速度,从运动学直接证实气体确实达到了吸积盘。另外,利用更多元素的吸收线特征联合解算光致电离模型得到的气体位置、密度、厚度和电离度等物理参数均符合模型预期,满足吸积盘发光所需燃料供给要求。

星系原图

本工作在国际上首次成功观测到类星体核区为超大质量黑洞吸积盘提供吸积燃料的快速内流气体,完成了黑洞吸积物理图像的最后一块拼图,在黑洞吸积物理、活动星系、及黑洞和星系共同演化等研究领域具有重要科学价值。

吸积盘原图(显示了观测类星体SDSS J103516.20+142200.6中核区内流的视线示意图)

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