科学研究 - XRISM天文卫星发现银河系中心黑洞释放的气体呈意料之外的“子弹状”

X射线天文卫星“XRISM”的国际研究团队宣布，发现从银河系中心巨大黑洞喷出的气体风并非如过去一贯认为的那样平滑，而是呈子弹般的间断性释放。研究团队观测距离地球20亿光年的黑洞“PDS456”后确认了该现象。观测还查明这种风的能量之大超过预期，该成果将迫使学术界重新审视有关星系与巨大黑洞关系的理论。

喷出气体风的PDS456示意图（供图：JAXA）

黑洞是质量极大的超高密度天体。周围的时空扭曲，连光都无法逃脱。除了由大质量恒星在生命末期发生大爆炸而形成外，许多星系的中心都存在质量超过太阳100万倍的巨大黑洞。此处喷出的高速气体似乎与黑洞本身的生长和星系内恒星的形成密切相关，但此前无法进行高精度观测以致具体情况成谜。

研究团队利用自2023年9月开始投入运行的XRISM卫星，于2024年3月对位于巨蛇座的PDS456进行了详细观测。根据周围X射线被气体吸收的情况，发现存在五种不同速度的气体风。据悉在以往的观测中，气体风被认为是单一的平滑形态，但高精度的XRISM却捕捉到其呈现“子弹般断断续续的结构”。此外，以X射线照射的气体发出的光的波长为线索，还发现风几乎向所有方向喷出。

XRISM对PDS456的观测结果（右侧图表）。捕捉到5种不同速度的气体风。左侧为示意图（供图：JAXA）

根据这些结果推断，喷出的气体量巨大，与之前认为的平滑风的情况相比，携带的能量要大得多。传统理论认为，黑洞附近产生的风的能量会全部扩散到星系的广阔范围内，并控制星系的演化。而此次结果将其推翻，表明风的能量没有充分扩散。这意味着星系和中心的巨大黑洞会相互关联演化的“共进化”传统理论，将被迫面临重新审视。

研究团队成员、福冈教育大学教育学部的水本岬希讲师表示：“在XRISM发射升空前，我曾预料到会出现子弹状的气体风并撰写了论文。但没想到会如此（明显），看到观测结果的第一印象，我甚至怀疑是否出现了数据处理错误。然而并没有出错，‘意料之中’和‘意料之外’的感觉交织在一起，让我感到很兴奋。”

研究团队认为存在两种情况：（1）子弹状的风只是偶尔喷出；（2）风穿透星系内气体稀薄的区域飞出。

东京大学研究生院理学系研究科的萩野浩一助教解释称：“如果继续用XRISM调查各种黑洞，就有望加深对这种风对共进化影响的理解。”

该成果已于日本时间上月15日发表在英国科学杂志《Nature》上，日本国立研究开发法人宇宙航空研究开发机构（JAXA）同日发布了消息。