宇宙中有個(gè)大大的“X”？那是超大黑洞形成的獨(dú)特射電星系！

噴射狀的星系正在不斷延伸至太空，而它的形成或許遠(yuǎn)比之前想象的要簡單。

一項(xiàng)復(fù)雜的模型演示結(jié)果顯示，這些呈現(xiàn)為X形狀的向外太空噴射的天體物質(zhì)，或許是由一些簡單的機(jī)制形成的，并且遠(yuǎn)比科學(xué)家此前以為的簡單。模型表明，這一特殊形狀是由星系中落入超大質(zhì)量黑洞的熱氣與黑洞附近的光速噴氣互動后噴射形成。

如果這一假設(shè)是正確的，那么這一模型表明，X形狀的射電星系遠(yuǎn)比科學(xué)家以為的更普遍，但是，這由于一X形狀的噴射流存在時(shí)間非常短暫，所以天文學(xué)家至今未能有幸發(fā)現(xiàn)更多的此類星系。

圖：模擬圖展示了X形狀噴射流的發(fā)展過程。紅色的氣態(tài)物質(zhì)便是不斷落入黑洞的氣狀物質(zhì)，而藍(lán)色的物質(zhì)則是從黑洞中噴射處的噴射流。

新模型由伊利諾伊斯州西北大學(xué)的天體物理學(xué)家提出，這一模型也是首個(gè)追蹤到星系氣態(tài)物質(zhì)遠(yuǎn)距離落入大型天體表面的大模型。在這一模型中，研究人員為超大質(zhì)量的黑洞設(shè)置了一個(gè)簡單的條件，即它會吸收周圍的薄薄的物質(zhì)，也就是科學(xué)家所說的吸積盤。在添加這一條件后，模型出人意料的形成了X形狀的射電星系結(jié)構(gòu)。

阿雷泰奧斯·拉拉科斯是西北大學(xué)物理天文學(xué)系的研究生，也是此次研究成果的作者。他表示：“我們發(fā)現(xiàn)，即使是簡單的初始對稱條件，也會得出混亂的結(jié)構(gòu)?！?/p>

模型顯示，當(dāng)下落的氣態(tài)物質(zhì)偏轉(zhuǎn)超大質(zhì)量黑洞噴射出的物質(zhì)后，X形狀的星系便會出現(xiàn)。模型運(yùn)行初期，這些噴射流會自行產(chǎn)生和消失，并且呈現(xiàn)無規(guī)則的波狀。這些初期的不規(guī)則噴射流導(dǎo)致氣體膨脹，流向不同方向并形成了X形狀的星系。

圖：X形狀的星系PKS2014-55形成的噴射流延伸至2.5光年外的太空。

然而，當(dāng)噴射流能量強(qiáng)大到足夠推出下落的氣體時(shí)，它們卻停止波動了，穩(wěn)定的圍繞在黑洞周圍的某一維度。

這一原理有可能取代之前廣為流行的觀點(diǎn)，即X形狀的射電星系是因?yàn)樾窍底矒魧?dǎo)致的觀點(diǎn)。拉拉科斯描述了那一場景：“兩個(gè)星系相撞形成了超大質(zhì)量黑洞，并改變了殘存黑洞的運(yùn)行及其噴射流的方向。”科學(xué)家也提出了另一假設(shè)，即X形狀是由于黑洞周圍的噴射流與大型氣態(tài)星云互動形成的。

“而現(xiàn)在，我們的研究結(jié)果首次表明，X形狀的射電星系可以是通過更簡單的方式形成?！崩怂拐f到。

‘X‘形狀星系是一項(xiàng)令人驚喜的發(fā)現(xiàn)

拉拉克斯原本只是想通過模型了解超大質(zhì)量黑洞將會消耗多少物質(zhì)，卻沒想到發(fā)現(xiàn)了X形狀星系的形成過程，這一結(jié)果令他非常震驚。西北大學(xué)天體物理學(xué)家薩莎·切科夫斯基看到模型呈現(xiàn)的形狀時(shí)，立刻意識到了這一發(fā)現(xiàn)的重要意義。

拉拉科斯回憶道：“他當(dāng)時(shí)告訴我說：‘傻瓜，這非常重要！這是x形狀’，他說，天文學(xué)家終其一生都在觀測這一形狀的星系，卻一直未能弄清楚這是如何形成的。而我們以前所未有的方式創(chuàng)造出來了?！?/p>

拉拉科斯推測，這一模型能夠成功，同時(shí)獲得巨大關(guān)注的關(guān)鍵是在于它的簡單性，同時(shí)，這一模型也沒有將黑洞周圍的氣體設(shè)置為對稱性。

拉拉科斯說到：“一般而言，研究人員總是習(xí)慣將黑洞放在模型的中間位置，并在黑洞周圍放置一個(gè)已經(jīng)構(gòu)建好的大型氣態(tài)吸積盤，之后，他們或許會在吸盤周圍添加氣體。但是，在我的模型中，我并沒有設(shè)計(jì)這些復(fù)雜的條件?！?/p>

拉拉科斯解釋道，在他團(tuán)隊(duì)的模型中，在初期階段，黑洞周圍并沒有設(shè)置氣態(tài)盤，而是當(dāng)旋轉(zhuǎn)氣體靠近黑洞時(shí)，氣態(tài)盤才出現(xiàn)。氣態(tài)盤周圍的氣體落入黑洞中，形成了噴射流，從而開始波動起來。

“我盡可能簡化了假設(shè)，然而獲得的結(jié)果就像是一個(gè)驚喜。通過如此簡單的初始條件，我們首次在模型中看到X形態(tài)。”拉拉科斯說到。

如此簡單的結(jié)構(gòu)或許也表明，X形狀的射電星系在宇宙中非常普遍，只是存在時(shí)間不長，這或許也解釋了為什么天文學(xué)家只觀測到了約10%的射電星系。

拉拉科斯說到：“當(dāng)黑洞獲得新的氣體并再次吸收后，X形狀的星系或許便會出現(xiàn)，因此，他們出現(xiàn)的頻率或許很高，只是，我們沒有那么幸運(yùn)，能夠看到他們。因?yàn)橹挥挟?dāng)噴射流有足夠的能量推出氣體時(shí)，才會出現(xiàn)這一形狀。”

拉拉科斯將借助修改模型參數(shù)，進(jìn)一步研究其他可能的形狀，例如吸積盤的大小或者超大質(zhì)量黑洞的轉(zhuǎn)速等。

在研究過程中，此類復(fù)雜模型是非常珍貴的，因?yàn)槲覀冸y以觀測現(xiàn)實(shí)中的黑洞，尤其是新誕生的黑洞。拉拉科斯說到：“在大部分宇宙條件中，我們不可能放大黑洞周圍的空間來看看它周圍發(fā)生了什么?！?/p>

“而且，即使我們能夠觀測到，我們也沒有足夠的時(shí)間來觀測。如果超大黑洞已經(jīng)形成了，我們也無法觀測它的演化過程，因?yàn)槿祟惖膲勖塘?。在大多?shù)案例中，我們依靠模型來理解黑洞周圍的現(xiàn)象?！崩扑寡a(bǔ)充道。

BY: Robert Lea

FY: 秋

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