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家做出很多假設。但有時，我們會得到更好的工具，然后允許它們確認或取代這些假設。

最近，當涉及到我們對 J0529 的研究時，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。

一個新紙一個龐大的研究人員團隊使用歐洲南方天文臺 （ESO） 甚大望遠鏡 （VLT） 干涉儀上的 GRAVITY+ 儀器繪制了這個獨特天體的寬線區(qū)域 （BLR） 地圖，從而計算出一個新的、更新的質(zhì)量，比之前的估計小 10 倍。

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從長個角度來看，這個質(zhì)量仍然是太陽質(zhì)量的 8 億倍。但為什么最初估計的 100 億個太陽質(zhì)量與新的估計之間存在如此巨大的差異呢？

一種更好的技術，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常見假設，這對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，計算黑洞質(zhì)量的標準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 J0529 于 2024 年被發(fā)現(xiàn)時，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。他們認為可以通過測量吸積盤發(fā)射線的寬度來測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。

它們軌道速度的標準計算依賴于一個基本假設，即“更寬”的發(fā)射線，氣體的軌道運行速度越快。它會很廣泛，因為它會反映向我們移動（藍移）和遠離我們（紅移）的物質(zhì)。

它移動得越快，線條移動的越多，因此數(shù)據(jù)中的輪廓“更廣泛”。由于 J0529 的發(fā)射線非常寬，因此假設氣體必須快速移動，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得如此之快。

使用 GRAVITY+ 儀器，該儀器充當干涉儀，通過將來自所有四個 8 米望遠鏡的光組合成一個“虛擬”望遠鏡，顯著提高了 VLT 的觀測能力，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，因為黑洞通常被認為會吸收周圍的一切，沒有什么能逃脫。

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

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

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算 J0529 的質(zhì)量，結(jié)果質(zhì)量僅為原始估計的 10% 左右。但同樣，從長處來看，J0529 的大小仍然是我們太陽的 8 億倍。

這項研究還為天體物理學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，不會吹走導致其生長的物質(zhì)。

黑洞可以在一段時間內(nèi)超過其愛丁頓極限，但從長遠來看，這樣做會犧牲其整體尺寸的一部分，因為原本有助于其質(zhì)量的物質(zhì)會被自身光的壓力吹走。

像這樣被吹出的相同噴流會對星系的形成產(chǎn)生重大影響，因為它們可以阻止恒星在其路徑上的形成，并將物質(zhì)分散到產(chǎn)生噴流的星系之外的其他星系。

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

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

這就是為什么促進科學發(fā)現(xiàn)的技術進步循環(huán)如此強大的部分原因。

本文最初發(fā)表于今日宇宙.閱讀原文.

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