事实如此浪漫

这就是为什么很难识别黑洞

《黑骏马》:位于该星系中心的超大质量黑洞距离人马座1100万光年,目前被归类为类星体。它的质量大约是我们太阳的5500万倍。它的蓝色准直喷流的直径超过了整个星系,可以延伸到13000光年。相比之下,银河系的长度大约是这个长度的十倍。 美国宇航局科学家/ CfA / R。卡夫et al。MPIfR / ESO /顶点/。维斯et al。ESO /用水。

A.测频仪有时可以直译为故障。我们喜欢根据自己的想法来称呼事物。例如,如果它是红色的,它是巨大的:“红巨星”。白色和小的:“白矮星”。大爆炸:“大爆炸”。黑暗和吸收一切:“黑洞”。大多数时候,用这种方法对物体进行分类很好,要么是新的,要么是我们已经知道的。但有时,就像冥王星一样,我们会进行新的观察,迫使我们质疑它的名字,重新评估它,并以不同的方式识别它。你可能认为黑洞这样的东西永远不会发生这种情况,但你错了。

虽然我们不能直接观察它们,但我们可以看看两种类型的黑洞——恒星质量黑洞和超大质量黑洞——是如何影响它们周围环境的。恒星质量黑洞是一颗濒死的恒星变成超新星并自身坍缩的产物,人们对此更为熟悉,它在近一个世纪前就被爱因斯坦的广义相对论预测到了;它们通常只影响最近的一两颗恒星的行为。另一方面,超大质量黑洞的质量是黑洞的一百万倍。我们仍然不知道它们是如何形成的,但我们相信它们存在于几乎每个星系的中心,有时有能力改变整个星系的外观。

这种质量失真的能力使得刻画特大质量黑洞变得特别棘手。

当星系中心的恒星、气体和尘埃越来越接近超大质量黑洞时,它们会越来越紧密地聚集在一个越来越小的空间中,不断升温,直到在临界距离处,一切都被撕裂,变成原子粒子。当我们发现超大质量黑洞时,我们实际上看到的是从轨道碎片(称为吸积盘)向外辐射的热量,而不是黑洞本身。一些超大质量黑洞比其他黑洞“吃”得更多,在这个过程中,它们发出的光比它们不太活跃的兄弟要多得多。这些“活动星系核”,简称AGN,是宇宙中最强大、最具活力的力量之一。它们不仅释放热量,还经常以平行(光束)射流的形式喷射物质,垂直于盘的平面,喷射出星系核心,不仅使吸积盘变小,也使星系本身变小。更重要的是,一些活动星系核有一个尘土飞扬的圆环,几何上相当于一个甜甜圈,与它们的吸积盘在同一个平面上,但要大得多,厚得多。如此之厚,事实上,如果你从侧面看,你根本看不到圆盘,更不用说中间的黑洞了(如上图所示)。

尽管AGN是一个超大质量黑洞的标准模型,它被一个吸积盘所包围,喷流方向相反,但被一个尘埃环面所包围仍然是一个挑战:我们看到的光并不总是描绘出相同的画面。有时我们看到喷气式飞机,有时我们看不到。有时我们看到圆环,有时我们看不到。有时候,我们看到的光是如此的集中和明亮,以至于我们甚至无法分辨那里是否有星系。我们相应地给这些发现贴上了标签:活动星系核在很远的距离上,其核心非常明亮,在光学光线下比所有恒星都耀眼,被称为类星体(代表“准恒星”),如上图所示;在红外线中发出强烈发光的活动星系核被称为塞弗特,这是天文学家卡尔·塞弗特在1943年首次发现的;而活动星系核则被称为射电星系,其核心和喷流的发射光在射电光谱中占主导地位。

如果它们都由超大质量黑洞提供燃料,为什么AGN看起来不都一样?原因之一可能是我们的观点。AGN的统一理论假设所有AGN都有相同的基本组成块(吸积盘、喷流、环面);根据这一理论,我们观察到的显著差异,都是由于它们在空间中的方向。

在地球上,我们只有一个观测宇宙的有利位置。我们看到星系随机分布在我们周围,有些是面朝上的,有些是面朝上的,其余的都是夹角。除了它们呈现给我们的视角,我们不能飞到其他角度去观察这些星系。但随着超级计算机的出现,我们现在可以比以往任何时候都更好地模拟这些星系,并尽可能地在它们周围飞行,从任何角度欣赏风景。我们可以把一个AGN转过来,这样我们就可以直接观察其中一个喷流,朝向星系核心,让它看起来像blazar,一种燃烧的类星体。开始倾斜AGN,直到喷流旋转90度远离我们,它似乎从耀blazar变成了类星体,最后变成了Seyfert。

然而,活动星系核的统一在天体物理学中远未成为一个解决的问题。除了我们的观点之外,可能还有其他因素在起作用,比如我们不完全理解的黑洞内部和周围的物理过程,或者我们没有想过进行测量。当我们建造更好的望远镜和收集新的数据时,我们只能希望看到这些活动星系核的真实面目。否则,我们可能需要更多的名字。


夏·阿什(Summer Ash)是哥伦比亚大学天文学系外联部主任。她还是瑞秋·玛多秀的“内部天体物理学家”,推特账号是@Summer_Ash。


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