熾熱的流出使宇宙最亮類星體的質(zhì)量縮小了 10 倍

回顧宇宙的早期需要科學(xué)家做出很多假設(shè)。但有時(shí)，我們會(huì)得到更好的工具，然后允許它們確認(rèn)或取代這些假設(shè)。

最近，當(dāng)涉及到我們對(duì) J0529 的研究時(shí)，這種情況發(fā)生了，J0529 是一顆超大質(zhì)量黑洞這是目前宇宙中已知最亮的類星體。

一個(gè)新紙一個(gè)龐大的研究人員團(tuán)隊(duì)使用歐洲南方天文臺(tái) （ESO） 甚大望遠(yuǎn)鏡 （VLT） 干涉儀上的 GRAVITY+ 儀器繪制了這個(gè)獨(dú)特天體的寬線區(qū)域 （BLR） 地圖，從而計(jì)算出一個(gè)新的、更新的質(zhì)量，比之前的估計(jì)小 10 倍。

相關(guān)：科學(xué)家發(fā)現(xiàn)巨型黑洞的生長(zhǎng)速度比理論極限快 2.4 倍

從長(zhǎng)個(gè)角度來看，這個(gè)質(zhì)量仍然是太陽質(zhì)量的 8 億倍。但為什么最初估計(jì)的 100 億個(gè)太陽質(zhì)量與新的估計(jì)之間存在如此巨大的差異呢？

一種更好的技術(shù)，在本例中是 VLT 的干涉儀，反駁了發(fā)現(xiàn) J0529 的原始研究小組所做的一個(gè)常見假設(shè)，這對(duì)我們理解黑洞大小具有更大的影響，尤其是在宇宙早期。

以前，計(jì)算黑洞質(zhì)量的標(biāo)準(zhǔn)方法是通過取黑洞周圍吸積盤的軌道速度的平方并將其乘以到黑洞的距離來近似它。

當(dāng) J0529 于 2024 年被發(fā)現(xiàn)時(shí)，研究人員知道距離——大約 125 億光年，而宇宙本身只有 15 億年的歷史。他們認(rèn)為可以通過測(cè)量吸積盤發(fā)射線的寬度來測(cè)量吸積盤的軌道速度。

發(fā)射線是來自吸積盤中過熱氣體和塵埃發(fā)出的光的光譜信號(hào)。

它們軌道速度的標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算依賴于一個(gè)基本假設(shè)，即“更寬”的發(fā)射線，氣體的軌道運(yùn)行速度越快。它會(huì)很廣泛，因?yàn)樗鼤?huì)反映向我們移動(dòng)（藍(lán)移）和遠(yuǎn)離我們（紅移）的物質(zhì)。

它移動(dòng)得越快，線條移動(dòng)的越多，因此數(shù)據(jù)中的輪廓“更廣泛”。由于 J0529 的發(fā)射線非常寬，因此假設(shè)氣體必須快速移動(dòng)，因此其中心的超大質(zhì)量黑洞必須非常大才能使氣體移動(dòng)得如此之快。

使用 GRAVITY+ 儀器，該儀器充當(dāng)干涉儀，通過將來自所有四個(gè) 8 米望遠(yuǎn)鏡的光組合成一個(gè)“虛擬”望遠(yuǎn)鏡，顯著提高了 VLT 的觀測(cè)能力，研究人員能夠直接看到 J0529 周圍的寬線區(qū)域 （BLR） - 圍繞超大質(zhì)量黑洞運(yùn)行的云區(qū)域。

在那張圖像中，他們看到一股巨大的氣體射流以 10,000 公里/秒的速度從黑洞射出。這似乎有悖常理，因?yàn)?a data-linkid="73020" data-postid="177092">黑洞通常被認(rèn)為會(huì)吸收周圍的一切，沒有什么能逃脫。

然而，它們的引力會(huì)對(duì)吸積盤中的物質(zhì)造成大規(guī)模破壞，因此，在物質(zhì)進(jìn)入黑洞的事件視界之前，它就會(huì)以驚人的速度噴射出來。

由于吸積盤繞黑洞運(yùn)行的速度是計(jì)算其質(zhì)量的主要組成部分，因此此類噴流也會(huì)扭曲其宿主黑洞質(zhì)量的測(cè)量值。

這正是 J0529 案中發(fā)生的情況。10,000 公里/秒的噴流極大地拓寬了最初研究人員正在觀察的譜線，他們認(rèn)為來自 J0529 的極寬線是由極端軌道速度引起的，而不是與黑洞質(zhì)量無關(guān)的流出。

一旦在空間上觀察到流出，研究人員就能夠從譜線中減去它們的值并重新計(jì)算 J0529 的質(zhì)量，結(jié)果質(zhì)量?jī)H為原始估計(jì)的 10% 左右。但同樣，從長(zhǎng)處來看，J0529 的大小仍然是我們太陽的 8 億倍。

這項(xiàng)研究還為天體物理學(xué)中的一些棘手問題提供了一些額外的證據(jù)，例如超大質(zhì)量黑洞如何在幾億年后長(zhǎng)到太陽的數(shù)十億倍大大爆炸.

J0529 的明亮流出射流由一種稱為超級(jí)愛丁頓吸積的過程提供，其中物體超過其“愛丁頓極限”，即物體可以發(fā)光的最大亮度，考慮到其質(zhì)量，不會(huì)吹走導(dǎo)致其生長(zhǎng)的物質(zhì)。

黑洞可以在一段時(shí)間內(nèi)超過其愛丁頓極限，但從長(zhǎng)遠(yuǎn)來看，這樣做會(huì)犧牲其整體尺寸的一部分，因?yàn)樵居兄谄滟|(zhì)量的物質(zhì)會(huì)被自身光的壓力吹走。

像這樣被吹出的相同噴流會(huì)對(duì)星系的形成產(chǎn)生重大影響，因?yàn)樗鼈兛梢宰柚购阈窃谄渎窂缴系男纬桑⑽镔|(zhì)分散到產(chǎn)生噴流的星系之外的其他星系。

隨著我們擁有更強(qiáng)大的望遠(yuǎn)鏡，我們將能夠更仔細(xì)地了解這些遙遠(yuǎn)星系中正在發(fā)生的事情。

希望這些圖片能讓我們檢查我們對(duì)宇宙的了解的假設(shè)，同時(shí)也為我們可能在那里發(fā)現(xiàn)的東西提供新的見解。

這就是為什么促進(jìn)科學(xué)發(fā)現(xiàn)的技術(shù)進(jìn)步循環(huán)如此強(qiáng)大的部分原因。

本文最初發(fā)表于今日宇宙.閱讀原文.

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