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國家天文台參與首次發現提供黑洞吸積燃料的內流的觀測證據

  

  國家天文台高能天體物理研究組與中國極地研究中心南極天文組、中國科學技術大學天文學系合作研究,在國際上首次成功觀測到類星體核區爲超大質量黑洞吸積盤提供吸積燃料的快速內流物質,完成了黑洞吸積物理圖像的最後一塊拼圖,在黑洞吸積物理、活動星系、黑洞和星系共同演化等研究領域具有重要科學價值。成果論文于9月5日淩晨發表在國際學術期刊《自然》上。

  類星體是20世紀60年代的天文學四大發現之一。類星體位于一些遙遠星系的中心,比星系小很多,但它釋放的能量卻可以比星系還多很多。目前,天文學家已了解其能量産生機制:類星體中心的超大質量黑洞以其強大引力吞噬周圍物質,物質被吞噬前聚集在黑洞附近形成吸積盤,並在吸積盤中將引力能轉化爲光能釋放出去。天文學家相信類星體的寄主星系會持續不斷的提供物質給吸積盤供應燃料,並稱這一假設中的物質供應爲內流。內流的觀測驗證還缺少最後一塊拼圖:最內區即位于吸積盤附近的內流由于視尺度太小,無法空間分辨,從未被明確觀測到,成爲黑洞吸積模型的一個長期懸而未決的問題。

  類星體吸收線技術是探測類星體附近、位于地球和類星體連線上的氣體的強有力工具。研究組創新性的使用了激發態的中性氫和氦元素所産生的吸收線作爲內流氣體的探針。這一探針的優勢是:理論上最內區的內流氣體密度較高且溫度較低,更容易産生激發態的中性氫和氦的吸收線。研究組使用這一探針在8個類星體的寄主星系中探測到了內流。內流在觀測上表現爲由于多普勒效應而紅移的吸收線,紅移速度即內流速度最高可以達到5000千米每秒,並且在0到最高速度之間連續,表現出了氣體在黑洞引力作用下持續加速下落的過程。利用輻射轉移、熱力學等模擬內流氣體的吸收線光譜並和觀測數據對比可以推算內流氣體的密度、位置、厚度等物理參數,這些參數符合黑洞吸積模型的預期,更重要的是對位置的計算結果直接驗證了內流確實位于吸積盤附近,處于最內區。

  中國極地研究中心的周宏岩研究員爲第一作者和通訊作者,國家天文台的袁爲民研究員和中國科學技術大學的王挺貴教授是論文的共同通訊作者。

  論文地址:https://www.nature.com/articles/s41586-019-1510-y。