為什麼銀河系的超大質量黑洞很安靜?強磁場將氣體物質導向他處

作者 | 發布日期 2019 年 06 月 18 日 18:36 | 分類 天文 , 自然科學 , 航太科技 follow us in feedly


多數星系中心都有一個超大質量黑洞,銀河系也不例外,然而與其他黑洞相比起來非常安靜。現在天文學家知道是怎麼一回事了,在銀河系中心有強磁場將氣體引導流入黑洞周圍的軌道,於是沒東西進食的黑洞自然沉默無比。

銀河系中心的超大質量黑洞名為人馬座 A*(Sagittarius A*),約每 11 分鐘自轉一圈,質量約太陽 410 萬倍。在其他星系中心,超大質量黑洞通常很活躍,說明有很多物質不斷落入其中,這些被餵食的黑洞四周會發出高能輻射,然而人馬座 A* 非常安靜,多數時間都在沉睡,輻射遠遠少於預期,科學家一直在尋找是什麼原因讓人馬座 A* 如此黯淡、而其他星系中心的超大質量黑洞如此明亮。

NASA 噴射推進實驗室科學家、新研究主要作者 C. Darren Dowell 團隊,最近利用同溫層紅外線天文台(Stratospheric Observatory for Infrared Astronomy,SOFIA)發現了一些端倪。

同溫層紅外線天文台是一架波音 747SP 飛機改裝而成的 2.5 公尺直徑反射望遠鏡,需要出任務時就飛上 12,496 公尺高空進行紅外天文學研究,平時主要目標為分析行星表面和大氣層組成、彗星的組成/演化及結構、星際物質的物理與化學性質、恆星與其他天體等。

磁場是影響帶電粒子不可見的力量,對宇宙中物質的運動與演化有重大影響,然而磁場不能直接成像,所以磁場作用尚有許多不明朗之處。雖然同溫層紅外線天文台的 HAWC+ 儀器不能直接檢測磁場,但可以透過檢測塵埃粒子偏振的遠紅外線,繪製出宇宙中磁場的分布狀況與強度,讓我們第一次看見磁場與星際物質如何相互作用。

黑洞以強大引力主導著銀河系中心的動力學,但磁場的作用始終是個謎,現在研究人員使用 HAWC + 觀察表明,星系中心磁場的強度強到足以約束氣體流動。根據儀器拍攝的最新圖像(首圖),星系中心磁場呈現螺旋狀,並將氣體引導至「錯過」黑洞的周圍軌道,於是人馬座 A* 因吃不到東西而很安靜;如果今天,磁場引導氣體流入黑洞本身,黑洞就會因進食大量氣體變得活躍。

雖然就算沒有磁場,也不代表物質就會沒有牽掛的落入黑洞,因為大部分物質都堆積在環繞黑暗的吸積盤,黑洞本身不會吸收太多;此外,強磁場也不一定是讓黑洞安分守己的主要機制,或在其他星系的超大質量黑洞周圍發揮作用,也許某些黑洞安靜的原因是衝擊波、超新星爆炸的恆星風吹走大量氣體,或星系中心完全沒有氣體。

銀河系是特殊的,我們可用磁場來解釋為何人馬座 A* 不太活躍,但其他星系的超大質量黑洞距離我們很遠,測量周圍磁場並不容易。只能說,科學家必須具體事實具體分析。新論文將發表在《天文物理期刊》。

(首圖來源:NASA