【博科园-科学科普】自从我们银河系中心发现了人马座A *之后，天文学家就已经开始认识到，大多数大型星系的核心都有一个超大质量黑洞(SMBH)。这些星系的原子核产生了强大的电磁辐射，被认为是“活跃的星系核”(AGN)——这被认为是由气体和尘埃在SMBH上形成的。
ULAS J1120+ 0641的印象图，这是一个非常遥远的类星体，其黑洞的质量是太阳的20亿倍，图片：ESO/M. Kornmesser
几十年来，天文学家一直在研究来自AGNs的光，以确定黑洞的大小和质量。这是很困难的，因为这光受到多普勒效应的影响，这使得它的谱线变宽。但由于中国和美国研究人员开发的一种新模式，天文学家或许能够研究这些大范围的区域(BLRs)，并对黑洞质量做出更准确的估计。
这项研究“在活跃的星系核中形成了广泛的排放线的起源”，这一研究“在潮汐上干扰了尘埃块”，最近发表在了科学杂志《自然》上。这项研究由中国科学院高能物理研究所(IHEP)研究员、来自怀俄明大学和南京大学的王家民。
对超质量黑洞周围的吸积盘的概念图，这是一个活跃的星系。图片： NASA/Dana Berry, SkyWorks Digital
超大质量黑洞（SMBHs）因为它周围有气体和尘埃而闻名。黑洞的引力将这个圆环中的气体加速到每秒数千公里的速度，使其升温，并在不同波长的辐射下发出辐射。这一能量最终使整个周围的星系都失去了作用，这使得天文学家能够确定SMBH的存在。
正如美国物理学与天文学学院(Department of Physics and天文学)的UW教授迈克尔·布罗姆顿(Michael兄弟)在UW的一篇新闻稿中解释的那样：你可能会想，这是一个黑洞，但为什么它这么亮？其实黑洞仍然是黑暗的。这些圆盘达到如此高的温度，辐射穿过，包括伽马射线、x射线、紫外线、红外线和无线电波。黑洞和周围的吸积气是黑洞的燃料，它制造了类星体。
观测这些明亮区域的问题来自于它们内部的气体在不同的方向上移动的速度如此之快。当气体移动(相对于我们)向光谱的红色端移动时，向我们移动的气体则向蓝色的末端移动。这就是导致一个广泛的线区域的原因，在那里发射的光的频谱变得更像一个螺旋，使得准确的读数很难获得。
目前，对活跃星系核中SMBHs质量的测量依赖于“混响映射技术”。简而言之，这涉及到使用计算机模型来检测BLR的对称谱线，并测量它们之间的时间延迟。这些线被认为是由被SMBH的引力光电离的气体引起的。
稠密的尘埃和气体，在这里说明，可以掩盖活跃星系中心黑洞的更少的高能辐射。然而，高能x射线很容易通过。图片版权：ESA/NASA/AVO/Paolo Padovani
然而由于对广泛的排放线和BLRs的不同组成部分的了解很少，这一方法导致了200 - 300%的不确定性。天文学家正在努力研究更详细的关于光谱宽线区域的问题，帮助我们确定黑洞质量，不知道这些广阔的排放区域来自哪里，也不知道这种气体的性质。
与此相反，由王博士领导的团队采用了一种新的计算机模型，它考虑了围绕着一个SMBH的气体环的动力学。认为这个圆环将由离散的物质簇组成，而这些物质会被黑洞扰乱，导致一些气体流入(aka)。在它上面的增生)和一些被驱逐出流出。
由此发现，BLR中的发射线有三种特征：“不对称”、“形状”和“位移”。在检查了不同的排放线——对称和不对称，他们发现这三个特征强烈地依赖于气体团块的亮度，他们认为这是他们在环面运动的角度的结果。所提议的是这些“尘土飞扬”的团块正在移动。相互碰撞，合并，并改变速度，也许进入了类星体。
在银河系中心的超大质量黑洞的概念图，图片：NRAO/AUI/NSF
新模型表明，从一个黑洞中被潮汐打断的物质团块可能代表了BLR气体的来源。与之前的模型相比，王博士和他的同事设计的模型在SMBH附近建立了不同的关键过程和部件之间的连接。其中包括黑洞的摄食、光电离气体的来源以及尘埃的环面。
虽然这项研究并没有解决围绕着AGN的所有谜团，但这是一个重要的步骤，可以根据他们的光谱线获得准确的SMBHs质量估计。通过这些，天文学家可以更精确地确定这些黑洞在大星系演化过程中所扮演的角色。
这项研究得到了国家科学技术研究与发展重点项目和前沿科学研究项目的支持，这两项研究都是由中国科学院管理的。
知识：科学无国界，博科园-科学科普
参考：IHEP, UW News, Nature
作者：Matt Williams
来自：Universe Today
编译：中子星
审校：博科园
