客观日本

阿尔玛望远镜观测到黑洞喷流与星际气体碰撞

2020年04月03日 海洋宇宙

日本近畿大学的井上开辉教授等人的研究团队使用阿尔玛望远镜,以前所未有的高分辨率成功地拍摄到了距离地球110亿光年的星系中心由超巨大黑洞喷出的超高速气流(喷流),以及由此导致星系中的星际气云剧烈震荡的情形。这表明,即使在星系演化的初期阶段,喷流也对星系内的气体产生了重大影响,由此向查清星系的演化过程迈出了重要的一步。

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利用阿尔玛望远镜观测到的数据,再现了类星体MG J0414+0534受引力透镜效应影响之前的原始姿态伪彩色图像。橙色表示尘埃和高温电离气体,绿色表示一氧化碳分子气体。可以看出,一氧化碳分子在星系核两侧呈喷流状分布。Credit: ALMA (ESO/NAOJ/NRAO), K. T. Inoue et al.

大部分星系的中心都有巨大的黑洞。巨型黑洞既有周围物质聚集成圆盘状发射出强光的类型(类星体),也有把吸进的部分物质按照很细的超高速气流(喷流)喷出的类型。研究认为喷流会对星系的演化产生重大影响,比如其与周围星系内的气体(星际气体)碰撞,会挤压出大量作为恒星材料的气体,从而抑制恒星的形成等。不过,此前一直不清楚导致气体流出的是喷流还是黑洞周围的圆盘释放的强光。

在距离地球较近的星系,已经观测到喷流与星际气体云碰撞,导致气体流出的情形。但尚未完全了解在星系演化初期,喷流是如何影响星际气云的。因为要想调查星系演化初期的情形,需要观测远方的星系,而以前的观测分辨率达不到。

井上等人的研究团队为探索喷流在星系演化初期是如何影响星际气体云的,利用阿尔玛望远镜观测了距离地球110亿光年的类星体MG J0414+0534。众所周知,MG J0414+0534还是受“引力透镜效应”影响的天体。位于MG J0414+0534与地球之间的其他星系的引力发挥了透镜的作用,MG J0414+0534发出的光的路径被大大弯曲。

作为研究团队成员之一的东京大学峰崎岳夫副教授解释说:“从地球上观测的话,MG J0414+0534在引力透镜效应的影响下,看起来是4个图像,而且每个图像看起来都被大大放大。引力透镜具有可以更详细地观测远方天体的‘天然望远镜’功能。”

通过此次的观测,研究团队成功地以高分辨率拍摄到了4个图像。另外,还精确调查了引力透镜效应,并利用4个图像再现了放大之前的天体的原始姿态。阿尔玛望远镜此次实现的分辨率约为0.04角秒,再加上引力透镜的放大效果,实现的分辨率约为0.007角秒,相当于9000视力。也就是说,以极高的分辨率分解并绘出了110亿光年之外的类星体MG J0414+0534的周围情况。

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利用阿尔玛望远镜观测的类星体MG J0414+0534的伪彩色图像。橙色表示尘埃和高温电离气体,绿色表示一氧化碳分子。受引力透镜效应影响,看起来是4个图像。Credit: ALMA (ESO/NAOJ/NRAO), K. T. Inoue at al.

研究团队的另一位成员、日本国立天文台的中西康一郎特任副教授表示:“通过结合引力透镜效应和阿尔玛望远镜的高性能,以前所未有的高分辨率观察到了遥远的类星体周围的星际气体。”

获得的MG J0414+0534图像显示,类星体的中心部位有非常明亮的电波源,一氧化碳分子气体分布在其左右两侧。另外,详细调查一氧化碳分子释放的电波发现,气体以每秒高达600km的速度沿着喷流剧烈移动。研究团队认为,这表明超巨大黑洞释放的喷流与周围的星际气体云碰撞,气体云激烈震荡。这是首次以图像的形式看到喷流与星际气体云在110亿光年之外的遥远类星体周边碰撞的现场。

另一点值得注意的是,喷流与星际气体云碰撞的区域远远小于典型的星系尺寸。这表明,喷流刚刚开始喷射不久。MG J0414+0534的观测特征跟通过理论模拟预测的、与非常年轻的喷流相互作用的星际气体云的性质高度一致。

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根据阿尔玛望远镜的观测结果绘制的类星体MG J0414+0534示意图。强力的喷流从星系中心的超巨大黑洞喷出,并与周围的星际气体相碰撞。Credit: 近畿大学

研究团队的另一名成员——台湾中央研究院的松下聪树研究员说:“我们认为,这是该星系中心部位的超巨大黑洞刚开始喷射喷流几万年后的状态,也就是说,我们看到的是喷流刚刚诞生的情形。”

井上表示:“通过此次观测,我们掌握了确凿的证据,证明超巨大黑洞的活动明显会对星系产生影响。这项成果将为调查超巨大黑洞释放的喷流在星系演化初期如何影响星际气云,以及如何导致星系的巨大气体流出提供线索。”

论文信息
题目:ALMA 50-parsec resolution imaging of jet-ISM interaction in the lensed quasar MGJ0414+0534
期刊:《The Astrophysical Journal Letters》(ApJL)


日语发表原文

文:JST客观日本编辑部

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