破纪录黑洞风以光速30％高速穿越太空

类星体的艺术想象图。中心的黑点代表类星体中心的超大质量黑洞。围绕它的红黄色螺旋结构显示了正在落入黑洞的热气体盘。其中一部分气体会以类星体风的形式被喷射出去，图中用浅蓝色表示。图中所示的气体盘大小与我们太阳系的大小相当。图片来源：NASACXCM.Weiss、NahksTr’Ehnl、NurtenFilizAk

一个遥远的类星体揭示了迄今为止观测到的最极端的紫外线外流之一，为超大质量黑洞与其宿主星系之间的强大相互作用提供了新线索。

一个质量超过太阳十亿倍的超大质量黑洞正以极高的速度将气体喷射到太空中，天文学家们正努力解释这种外流是如何维持的。

约克大学领导的研究人员发现了超大质量黑洞附近迄今探测到的最快紫外线风。这股源自名为J2318的遥远类星体的外流速度高达光速的30%，是迄今为止观测到的最极端的紫外线类星体风。

这一发现让人们得以罕见地窥见宇宙中最强大的引擎之一，也有助于科学家更好地理解黑洞如何影响整个星系的形成与演化。

这个类星体拥有一个质量为太阳17亿倍的黑洞。这很典型。不典型的是它有气体以光速的30%向我们移动，约克大学教授帕特里克霍尔说。

这些研究结果发表在《天体物理学杂志》上。

一种与地球上任何事物都不同的宇宙风

新研究的天体J2318（杰伊2318）位于飞马座，属于一类被称为类星体的天体。

类星体是宇宙中最明亮的天体之一。当大量气体螺旋状涌向超大质量黑洞时，它们便形成了，由此产生的炽热物质盘亮度可超过整个星系。当物质向内坠落时，其中一部分也会以强大的风向外喷射，将大量能量带入周围空间。

这个被称为J2318（杰伊2318）的类星体位于飞马座的大四角区域，主要作者卢卡斯西顿说。就速度而言，这个类星体的风可以被称为79级飓风。每一级飓风都比下一级快约20%。称它为79级能让人明白它有多快，但当然，这种风与地球上的任何风都不同。

虽然在X射线中已探测到更快的外流，但J2318目前保持着紫外线观测的记录。

西顿说：在类星体中，我们经常能看到由类星体的光推动的、远离黑洞的气体风。J2318的气体风在紫外波段可见，速度高达光速的30%。在X射线波段能看到更快的风，但J2318是紫外波段迄今发现的最快的。

风如何保持可见的奥秘

让这一发现特别有趣的是，理论上这种风本应难以观测。

加速气体的同一种强辐射也能从原子中剥离电子，抹去天文学家用来探测外流的化学特征。然而在J2318中，研究人员仍然能看到碳和硅离子以极高速度运动的证据。

这给试图理解这些极端风如何运作的理论家们带来了一个难题。

类星体释放出如此多的光子，以至于这些微小的推力累积起来能达到极高的速度，西顿说。问题在于，光子也会剥离原子中的所有电子，使它们变得不可见。如何将气体推到我们观测到的速度，同时保持我们看到的碳离子和硅离子完好无损……这是一个相当棘手的难题。

隐藏在数十年数据中的一项发现

破纪录的外流现象是通过斯隆数字巡天（SDSS）的观测发现的，该巡天项目是有史以来最具雄心的天文测绘项目之一。

关键线索来自研究生玛丽安娜韦尔特里，她在约克大学读本科时就发现J2318是一个可能不寻常的天体。霍尔使用本科生研究员朱泽洲开发的软件对类星体进行检查后，研究团队意识到他们正在观察一个非同寻常的事物。

为了验证这一发现，天文学家借助位于夏威夷的弗雷德里克C吉列特双子座望远镜，该望远镜的观测结果证实了这一前所未有的风速。

霍尔说：加拿大拥有位于夏威夷的八米直径弗雷德里克C吉列特双子座望远镜（又称北双子座望远镜，直径26.2英尺）的份额，我们立即提议用它进行观测。他们成功确认了其破纪录的风速。

霍尔解释道：正如彩虹将太阳光分解成不同波长（颜色）一样，SDSS将某些恒星、星系和类星体的光分解成我们所说的‘光谱’。通过练习，学生们能从这些光谱中学会识别不寻常的类星体。过去，只有博士天文学家或攻读博士学位的研究生才能有这样的发现，但SDSS让本科生也能做到。

为什么这些风很重要

对于天文学家来说，类星体风的意义远远超出了黑洞本身。

研究人员越来越认为，强大的外流可以通过加热气体、干扰恒星形成以及在极远距离上重新分配物质来调节星系的演化。在某些情况下，尽管黑洞只占据宿主星系中心的一小块区域，但它们可能会塑造宿主星系的未来。

华盛顿大学博塞尔分校的研究合著者保拉罗德里格斯伊达尔戈表示，这些极端外流现象可能有助于解释现代天体物理学中最重要的过程之一。

这些极端外流携带的能量大得惊人，会影响周围的星系。它们扮演着一种缺失环节的角色：连接星系活跃中心区域与星系其他部分的难以捉摸的反馈机制。虽然几十年来星系形成模拟中一直包含这一过程，但仍需开展更多工作，通过观测来理解它，并确保模拟能正确处理这一过程。

寻找更快的外流

研究人员目前正在宇宙中寻找这些极端风的更多例子。

挑战在于，像J2318这样的天体似乎极其罕见。即使在检查了数十年的观测数据后，天文学家也几乎没有发现速度接近它的系统。

不过，每一项新发现都帮助科学家探索超大质量黑洞能力的极限，并揭示这些宇宙巨兽如何在数十亿年间塑造它们的周围环境。

找到比J2318更快的紫外线外流并非易事，但我们仍在继续这项搜索——从邻近宇宙到我们能观测到的宇宙最遥远区域。莉莉安娜弗洛雷斯说。

《一个明亮类星体中的相对论性和时变紫外外流》，作者：卢卡斯M西顿、帕特里克B霍尔、莉莉安娜弗洛雷斯、保拉罗德里格斯伊达尔戈、玛丽安娜韦尔特里、朱泽洲、哈维尔塞尔纳、W尼尔勃兰特、斯科特安德森、罗伯托J阿塞夫、爱德华多巴尼亚多斯、凯瑟琳J格里尔、亚萨曼霍马尤尼、肖恩莫里森、C阿莲卡内格雷特、艾米L兰金、杰西朗诺、唐纳德P施耐德、沈悦、马修坦普尔、本尼特拉赫滕布罗特、乔纳森R特朗普及埃里克魏斯，近期，《天体物理学杂志》。DOI：10.384715384357ae5f94

相关知识

黑洞风是从黑洞周围吸积盘或冕区高速喷出的气体流。当吸积盘内物质被加热至极高温度，部分气体在引力、辐射压力等作用下摆脱黑洞束缚向外喷射，速度可达光速的十分之一甚至更高。它能带走黑洞系统的角动量与能量，对星系的形成和演化具有关键调控作用。

BY: York University

FY: AI

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