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揭示銀河系中心黑洞緣何不“貪吃”

中國

據中國科學報（采訪人員黃辛 通訊員林清）：很多人可能認為黑洞是吞噬一切的，但其實我們居住的銀河系中心的黑洞就不那么“貪吃” 。9月14日，采訪人員從中科院上海天文臺獲悉 ， 中外科學家對黑洞的研究取得重大進展 ， 這項進展有助于理解為什么銀河系中心雖然擁有一個巨大的黑洞，卻并沒有表現出很強的活動性 。相關研究結果日前已在美國《科學》雜志發表 。
黑洞是宇宙中最神秘的天體之一 ， 它的超強引力會吸積周圍的氣體，形成吸積流 。這些吸積流在向黑洞下落的過程中會將引力能轉變成氣體的熱能，從而在許多高能波段（如X射線）發出強烈的輻射 。
【揭示銀河系中心黑洞緣何不“貪吃”】幾乎所有的星系中心都存在一個超大質量黑洞，通常認為，黑洞吸積周圍物質而發出強烈輻射就是宇宙中能夠持續發光的最明亮天體——活動星系核的能量來源 。
奇怪的是 ， 宇宙中的大部分星系，包括我們所在的銀河系 ， 其核心雖然也有巨大的黑洞，但是并沒有出現強大的輻射，相對于活動星系核而言，它們顯得非常平靜 。比如我們的銀河系，其核心在X射線波段的輻射比一般活動星系核的輻射強度要弱11個數量級 。
同樣是超大質量黑洞，為什么“貪吃”的程度差別如此巨大？這一問題一直以來是困擾天體物理學家的難題 。
科學家猜想，解決上述問題的關鍵之一，可能是由于大部分的吸積流進入黑洞勢力范圍后 ， 在往黑洞下落的過程中損失掉了，這些損失的氣體以外流的形式逃出了黑洞的俘獲 。但這一設想仍存在爭議，就連外流是否存在也一直是個未解決的問題 。
直到去年，上海天文臺研究員袁峰等人通過大型計算機的數值模擬研究，從理論上首次證明，外流必定存在于黑洞吸積流中 。
該研究基于對世界上分辨率最高的錢德拉X射線望遠鏡的詳細觀測數據的分析，將觀測目標指向了一處名為人馬座A*的區域，這里是銀河系的中心所在 。計算表明它的周圍半徑約4角秒的范圍可視作中心黑洞的勢力范圍 。中心黑洞附近的大質量恒星產生的星風物質進入這個區域后，其運動軌跡將在強大引力的作用下受到嚴重的扭曲，但并非一定會落入黑洞，也有很大可能會被加速甩出這個區域，這就是本項研究工作所關注的氣體外流 。
研究人員通過分析氣體中鐵元素的發射線，證明了外流的確存在 。具體來說，該項研究表明，大約99%的進入黑洞勢力范圍的氣體最終沒有被黑洞吞噬 ， 而是以外流的形式損失掉了，只有1%進入了黑洞視界 。視界是黑洞的真正邊界，任何進入黑洞視界的物質，包括光，都不能逃脫出來，所以視界之內是絕對的黑暗 。任何物質進入視界都將有去無回 。
專家認為，這一成果顯然對我們理解黑洞有巨大幫助，它表明黑洞并不像我們想象的那樣“來者不拒”，而是“非常挑剔”！至于產生這一現象的原因，袁峰等人的研究認為，只有“犧牲”掉大部分外流，才能帶走吸積流的能量和角動量，從而使得小部分氣體“修成正果”——落入黑洞 。
理論研究表明，銀河系中心附近的氣體非常彌散而且熾熱 ， 黑洞就難以捕捉和吞咽 。而那些驅動活動星系核產生強大輻射的“貪吃”黑洞，是因為它們擁有足夠多又冷又密集的氣體資源 。
袁峰說：“銀河系中心的黑洞發現，它并不能隨心所欲地吞吃周圍所有的東西，那些東西雖然誘人，大部分卻是難以下咽 ?！?br /> 研究表明，宇宙中大部分星系核心發生的其實都是這種模式的吸積過程，這就是為什么大部分星系核都顯得如此暗淡的重要原因之一 。
袁峰表示，銀河系的中心超大質量黑洞為我們提供了一個最好的樣本，它是距離我們最近的超大質量黑洞，因此也是研究吸積過程最理想的宇宙實驗室 。(eeook.com)