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围绕黑洞圆环状尘埃,超大望远镜阵列揭秘
发布时间:2019-10-12
 

据美国国家射电天文观测台(NRAO)报导,天文学家利用超大射电望远镜阵列(VLA)首次直接拍摄了超大质量黑洞周围的圆环状尘埃结构的图像,成功验证了约四十年前对这种天体的理论预言。

围绕黑洞圆环状尘埃,超大望远镜阵列揭秘

图为AGN想象图。

​甚大天线阵列(Very Large Array,VLA)是由27台25米口径的天线组成的射电望远镜阵列,位于美国新墨西哥州的圣阿古斯丁平原上,海拔2124米,是世界上最大的综合孔径射电望远镜。

科学家研究了Cygnus A,一个离地球约7.6亿光年的射电星系。其核心有一个超大质量黑洞,大约有25亿个太阳质量。由于黑洞强大的引力吸积了周围的物质,从而产生的强大能量推动了几乎以光速向外传播的高能喷流,形成了明亮的射电瓣。

由黑洞“中心引擎”驱动的星系核心以及高能喷流在各种波段下都显得非常明亮,甚至远远超出星系全部恒星的辐射。但在观测中它们表现出不同的特性。这些差异导致了各种名称,如类星体或燿变体等等。为了解释这些差异,科学家构建了一个“统一模型”,认为这些天体本质上都是一种被称为活动星系核(AGN)的天体,只是观测角度不同而显现出差异。

统一模型包括中心黑洞及其吸积盘,围绕黑洞的尘埃环,以及向外发射的喷流。尘埃环很厚,可以阻挡星系核以及喷流的辐射。当从侧面观察时,尘埃环还遮蔽了一部分辐射,导致观察者看到明显不同的辐射特征。

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“尘埃环是AGN现象的一个重要组成部分,并且有证据证明附近较暗的AGN具有这种结构,但我们从来没有直接看到过一个非常明亮的射电星系具有这种结构。”来自NRAO的首席科学家Chris Carilli说。

“Cygnus A是离我们最近的最强大的射电星系之一。这使我们能够从星系核心的高清VLA观测图像中找到尘埃环,“NRAO的科学家Rick Perley说道, “在更暗和更远的天体上做更多这类工作几乎肯定需要大幅提高灵敏度和分辨率,比如下一代超大望远镜阵(ngVLA)就可能做到。”

VLA观测直接揭示了Cygnus A尘埃环中的气体,其半径接近900光年。

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​“终于看到我们长期以来认为存在的东西的直接证据,这真的很棒,“Chris Carilli说。 “为了更准确地测量尘埃环的形状和成分,我们需要进一步观察。例如,阿塔卡马大毫米/亚毫米波阵列(ALMA)可以观察到直接显示尘埃的波长,”他补充道。

科学家在《天体物理学杂志快报》上发表了他们的研究结果。