强大的“死亡射线”光束爆炸后，银河系的超大质量黑洞仍在燃烧

这是 X 射线、分子气体和星系中心附近温暖的电离气体的合成图像。 橙色特征是发光的氢气。 一个这样的特征，在射流的上端（见下图注释）被解释为被射流击中的氢云。 射流从云中散开，变成向北流动的卷须。 在更靠近黑洞的地方，是对蓝色极热气体和绿色分子气体的 X 射线观测。 这些数据证明，黑洞有时会积聚恒星或气体云，并沿其旋转轴喷射出一些非常热的物质。 图片来源：NASA、ESA 和 Gerald Cecil（UNC-Chapel Hill）； 图像处理：Joseph DePasquale (STScI)

在一些科幻电影中，像哥斯拉这样沉睡的怪物突然醒来并开始横冲直撞。 为了我们 银河系 人们相信银河系的核心有一个沉睡的怪物，一个 黑洞 它的重量是我们太阳质量的 400 万倍。 但越来越多的证据表明，黑洞有时会醒来，吞下掉入其中的倒霉恒星或气体云。 然后黑洞发出强大的“死亡射线”，即以接近光速传播的辐射和粒子。 有史以来最大的爆炸发生在两百万年前。 这在列的扩展中很明显 等离子体 这形成了一个沙漏形状，在我们银河系平面的上方和下方延伸。 黑洞爆炸产生的偶极激波加热了银河系平面外的气体，以伽马射线和 X 射线发光。

哈勃发现了间接证据，表明黑洞在上一次爆炸后很长一段时间内仍在燃烧。 哈勃天文学家的证据就像进行考古挖掘一样，试图观察地球与 27,000 光年外的银河系中心之间密集的尘埃和气体板的星际污染。 哈勃拍摄了一个明亮的气体结，它受到了距离它 15 光年远的看不见的黑洞喷射流的影响。 黑洞一定在数十亿年前巧妙地展示为类星体（类星体），当时我们的小星系被大量吐出的气体养活。 但过了这么久，黑洞仍然时断时续，只要周围有零食，它就没有准备好打盹。

我们银河系的中央黑洞存在泄漏。 这个超大质量黑洞似乎仍然包含一个可追溯到几千年前的喷灯式飞机的残骸。 美国宇航局的 哈勃太空望远镜 他没有拍摄这架幽灵飞机，但确实帮助找到了间接证据，表明它仍然在巨大的氢气云中微弱地飞奔，然后像从软管中流出的狭窄水流冲入一堆沙子一样散去。

这进一步证明了这个质量为 410 万个太阳的黑洞并不是一个沉睡的怪物，而是随着恒星坠落和气体被吸入其中而周期性地摇晃。 黑洞将一些物质吸入旋转的吸积盘，因为一些下落的物质被推入向外流动的喷流，这些喷流由黑洞的强磁场平衡。 密集的“聚光灯光束”伴随着大量致命的电离辐射。

北卡罗来纳大学教堂山分校的杰拉尔德塞西尔说：“中央黑洞是动态可变的，目前正在被抵消。” Cecile 像拼图游戏一样将来自各种望远镜的多波长观测结果放在一起，这些观测结果表明，黑洞每次吞下大量物质（如气体云）时都会喷出微小的喷射流。 他的跨国团队的研究刚刚发表在 天体物理学杂志.

在这张带注释的合成图像中，黄色代表哈勃数据，蓝色代表钱德拉数据，绿色代表阿尔玛数据，红色代表 VLA 数据。 添加了一个白色半透明的垂直扇形图形，以显示来自银河系中心超大质量黑洞的小喷流的拟议轴。 图片来源：NASA、ESA 和 Gerald Cecil（UNC-Chapel Hill）； 图像处理：Joseph DePasquale (STScI)

2013 年，来自美国宇航局钱德拉 X 射线天文台探测到的 X 射线和新墨西哥州索科罗的扬斯基甚大阵列望远镜探测到的无线电波，证明了黑洞附近有短的南部喷流。 这股喷流似乎也在黑洞附近的气体中流动。

塞西尔很好奇，看看是否也有北方的反喷气机。 他首先研究了甲醇和一氧化碳等分子的档案光谱 阿尔玛 智利的天文台（阿塔卡马大型毫米波/亚毫米波阵列），它使用毫米波来观察我们和银河系核心之间的尘埃幕。 ALMA 揭示了分子气体中膨胀和变窄的线性特征，可以追踪到黑洞的 15 光年。

通过连接这些点，塞西尔随后在哈勃的红外波长图像中发现了一个发光的、扩大的热气体气泡，与喷流排列在一起，距离黑洞至少 35 光年。 他的团队认为，来自黑洞的喷流可能已经冲入其中，使气泡膨胀。 消失平面的这两个残余效应是其对分子气体影响的唯一可见证据。

该方案基于对来自银河系中心超大质量黑洞的疑似喷流的多波长观测。 广阔的视野从边缘显示了我们的星系，两个巨大的等离子体气泡在伽马射线和 X 射线中发光。 这是大约两百万年前黑洞爆发性喷发的证据。 深入银河核心（插图），天文学家使用哈勃太空望远镜已经能够捕捉到黑洞附近的发光氢云。 解释是，这团云正在与仅在 2000 年前从黑洞爆炸的狭窄的垂直物质射流发生碰撞。 黑洞仍然活跃，但规模较小，从先前已知的喷发中产生能量。 当喷流撞击氢节点时，流出物会分散成类似章鱼的卷须，沿着银河系外的路径继续延伸。 图片来源：NASA、ESA、Gerald Cecil (UNC-Chapel Hill)、Dani Player (STScI)

当它被吹入气体时，射流与材料碰撞并沿着多股气流弯曲。 日本筑波大学的共同作者亚历克斯瓦格纳说：“电流从银河系的密集气体盘中渗出。” “流动从铅笔束分叉到卷须，就像章鱼一样。” 这种外流导致了一系列跨越至少 500 光年的膨胀气泡。 这个更大的“肥皂泡”结构已经被其他望远镜以不同的波长绘制出来。

瓦格纳和塞西尔随后在模拟银河系的磁盘中运行了巨大的喷射流计算机模型，重现了观测结果。 “就像在考古学中一样，你会挖掘并找到古老而古老的文物，直到你遇到一个伟大文明的遗迹，”塞西尔说。 瓦格纳的结论是：“很明显，在过去的一百万年里，我们中央黑洞的光度至少增加了一百万倍。这足以让喷流进入星系晕。”

哈勃和其他望远镜先前的观测发现证据表明，银河系的黑洞在大约 2-4 百万年前爆发。 它的能量足以产生一对巨大的气泡，它们高耸于我们的银河系之上，发出伽马射线。 它于 2010 年由美国宇航局的费米伽马射线太空望远镜首次探测到，周围环绕着 X 射线气泡，该气泡于 2003 年由 Rosat 卫星发现，并于 2020 年由 eROSITA 卫星完全绘制。

附近的棒旋星系 NGC 1068 正在充当代理，帮助天文学家了解在我们银河系中心发生的烟花，这是由超大质量黑洞的喷发引发的。 因为我们生活在银河系内，我们对银河系中心的大部分看法都被中间的气体和尘埃云所掩盖。 但是，看看 4500 万光年外的 NGC 1068，它让天文学家可以看到类似黑洞爆发的全景。 哈勃太空望远镜的附加图像解析了距核心 150 光年范围内小至 10 光年的氢云。 云团发光是因为它们被来自星系黑洞的辐射“聚光灯”所捕获，黑洞比我们星系中心的黑洞更大、更有活力。
图片来源：NASA、ESA、Alex Filippenko（加州大学伯克利分校）、William Sparks（STScI）、Louis C. Ho（KIAA-PKU）、Matthew A. Malkan（加州大学洛杉矶分校）、Alessandro Capetti（STScI）、Alyssa Pagan（STScI）

哈勃紫外光谱用于测量膨胀速度和扩大瓣的形成。 哈勃的光谱后来发现，这次爆炸的威力如此之大，以至于它点燃了一个气态结构，称为麦哲伦流，距离银河系中心约 200,000 光年。 从这次事件到今天，气体一直在发光。

为了更好地了解发生了什么，塞西尔查看了哈勃望远镜和另一个星系的无线电图像，其中有一个黑洞流入。 旋涡星系 NGC 1068 距离我们 4700 万光年，沿其中心高能黑洞的流出方向排列着一系列气泡特征。 塞西尔发现 NGC 1068 和银河系发出的射电和 X 射线结构的尺度非常相似。 “NGC 1068 流出顶部的弧形激波气泡与在银河系中开始的费米气泡的大小相吻合。NGC 1068 可能会向我们展示数百万年前银河系在其最大强度增长期间所做的事情。”

剩余的喷流特征与银河系的黑洞足够接近，以至于在黑洞重新出现几十年后它变得更加突出。 塞西尔指出，“在此期间，黑洞只需要将其亮度增加一百倍，就可以用发射的粒子重新填充喷射通道。看看喷射流在这次爆炸中走了多远会很有趣。到达伽马射线气泡会需要喷射流持续数百次。“数千年，因为这些气泡每 50,000 光年延伸一次！”

由美国国家科学基金会的事件视界望远镜拍摄的黑洞阴影的投影图像可能会揭示喷流的发射地点和方式。

参考：“追踪银河系的考古核喷流”作者：Gerald Cecil、Alexander Way Wagner、Joss Bland-Hawthorne、Jeffrey V. Bicknell 和 Dibangan Mukherjee，2021 年 12 月 6 日可在此处获得 天体物理学杂志.
DOI：10.3847 / 1538-4357 / ac224f

哈勃太空望远镜是美国宇航局和欧洲航天局 (ESA) 之间的国际合作项目。 该望远镜由位于马里兰州格林贝尔特的美国宇航局戈达德太空飞行中心操作。 位于马里兰州巴尔的摩的太空望远镜科学研究所 (STScI) 进行哈勃科学操作。 STScI 由位于华盛顿特区的天文学大学联盟为 NASA 运营