天文学家首次观测到旋绕在黑洞周围的吸积盘

天文学家首次观测到旋绕在黑洞周围的吸积盘

  据美国《科学日报》报道,日前一个国际研究小组的天文学家首次观测到旋绕在巨大的黑洞周围灼热的吸积盘(accretion disc),这一发现也增大了对目前类星体的科学解释的可信性。

  类星体是一种光度极高、距离极远的奇异天体。越来越多的证据显示,类星体实际是一类活动星系核(AGN)。而普遍认可的一种活动星系核模型认为,在星系的核心位置有一个超大质量黑洞,在黑洞的强大引力作用下,附近的尘埃、气体以及一部分恒星物质围绕在黑洞周围,形成了一个高速旋转的巨大的吸积盘。在吸积盘内侧靠近黑洞视界的地方,物质掉入黑洞里,伴随着巨大的能量辐射,形成了物质喷流。而强大的磁场又约束着这些物质喷流,使它们只能够沿着磁轴的方向,通常是与吸积盘平面相垂直的方向高速喷出。如果这些喷流刚好对着观察者,就能观测到类星体。

  该国际研究小组的领导人是德国柏林前西德科学院(Max-Plank Institute)专门研究射电天文学的Makoto Kishimoto。小组成员还包括来自美国加州大学的物理学教授罗伯特.安托努奇(Robert Antonucci)和奥马尔.布莱斯(Omer Blaes)等,可谓人才济济。通过研究,他们首先找到了观测黑洞周围的吸积盘的方法,并首次观测到了这些旋绕在黑洞周围的灼热物质。而研究人员通过电磁频谱仪测量到吸积盘发出的光线的结果也与他们长期以来的猜测相吻合。Makoto Kishimoto 说:“经过数十年的争论,我们最终找到了足够让人信服的证据证明之前猜想的“吸积盘”是的确存在的。”

  罗伯特.安托努奇和奥马尔.布莱斯使用偏光过滤器将吸积盘所放射出的光线与黑洞附近其他物质所发出的光线进行了分离。安托努奇称赞这一工作大大增加了人们接受解释类星体的各种证据的可能性。

  目前天文学家提出了许多关于类星体的能量来源和产生光亮等物理过程的假说,而安托努奇认为最具吸引力的是:物质掉落到巨大黑洞附近,并随吸积盘旋绕在黑洞周围,并向黑洞视界(event horizon),即标志着黑洞边界的地方移动。在这个过程中,摩擦使得该物质迅速升温达数百万度,并释放出高能辐射,产生了各种波长的光,包括 ,可见光和紫外线。最终,该物质被黑洞吞噬,从而增加了黑洞的质量。

  “如果这一过程是真实的,我们则可以根据物理定律预测类星体的电磁波谱应该是什么样的。”但一直到现在检测该解释的真实性才成为可能,因为天文学家已经能区分由吸积盘所放射出的光线和其他的尘埃粒子及电离气体所放射出的光线的不同。

  研究人员在英国红外天文望远镜(United Kingdom Infrared Telescope)上安装了偏光过滤器,通过对其他的光线进行过滤,他们能够单独测量吸积盘发出光线的频谱。而测量的结果显示与他们之前预测的十分吻合。研究人员同样还通过甚大望远镜(Very Large Telescope)的光偏振分析器搜集了大量的数据(甚大望远镜是欧洲南方天文台在智利建造的大型光学望远镜)。

  其实,偏光过滤器能实现其作用的原因在于直射光能被过滤掉。虽然吸积盘产生的直射光和周围的尘埃粒子以及电离气体产生的一样,但是,有一小部分吸积盘发射的光线,即研究人员想要研究的那部分,却由于受到位于黑洞附近的气体的反射而变成了偏振光。

  安托努奇说:“因此,如果我们的计划只针对偏振光,那么通过偏光过滤器其他的光线就像不存在一样,我们能真正观测到吸积盘所发出光线的频谱。有了这些频谱数据,我们能更好地了解黑洞如何吞噬别的物质并逐渐扩大。”

  他还指出研究诸如类星体等闪亮天体的频谱为天文学家了解其性质和运行过程提供了巨大的帮助,并让他们搜集到了惊人数量的珍贵信息。安托努奇说:“虽然我们对吸积盘运动的物理过程的了解仍很有限,但至少现在我们能对将来有更丰富的发现充满信心。”

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