不明物體頻頻飛往銀心黑洞，科學(xué)家追溯源頭發(fā)現(xiàn)詭異真相

銀心黑洞附近的神秘云團(tuán)可能有一個(gè)共同的起源。

銀心超大質(zhì)量黑洞周圍的環(huán)境中，存在著一些神秘的云團(tuán)。這些云團(tuán)軌道的相似性表明，它們可能有一個(gè)共同的起源。ESO / D. Ribeiro

來(lái)自馬克斯?普朗克地外物理研究所（MPE）的一個(gè)科研團(tuán)隊(duì)，近日通過(guò)觀測(cè)和模擬發(fā)現(xiàn)，正在飛往銀河系中心超大質(zhì)量黑洞——人馬座A*的一系列神秘云團(tuán)，可能有一個(gè)共同的起源。

銀河系中心是一個(gè)致密和活躍的區(qū)域。那里隱藏著一個(gè)超大質(zhì)量黑洞，其周圍環(huán)繞著恒星、氣體和塵埃，它們運(yùn)行在極端引力環(huán)境中。這樣的環(huán)境是人們研究物質(zhì)在黑洞附近的行為，以及這些天體如何獲得物質(zhì)補(bǔ)給的天然實(shí)驗(yàn)室。

在過(guò)去20年間，天文學(xué)家通過(guò)紅外觀測(cè)在銀心黑洞人馬座A*附近發(fā)現(xiàn)了好幾個(gè)致密的氣體云團(tuán)，它們能夠?yàn)殂y心黑洞提供“食物”。但這些云團(tuán)究竟從何而來(lái)，以及它們形成過(guò)程的物理機(jī)制至今未明。

首個(gè)這樣的云團(tuán)G2發(fā)現(xiàn)于2012年。G2的質(zhì)量相當(dāng)于數(shù)個(gè)地球，光譜分析結(jié)果顯示它含有氫和氦——這是高溫含塵氣體的典型特征。

G2沿著一條狹長(zhǎng)的軌道環(huán)繞銀心黑洞運(yùn)行，且有一條暗弱的“尾巴”——G2t。在回顧了早期數(shù)據(jù)后，人們又從中發(fā)現(xiàn)了第二個(gè)云團(tuán)——G1。G1在諸多方面，包括其軌道等都與G2十分相似。

后來(lái)人們又發(fā)現(xiàn)，G2的尾巴G2t，凝聚成了第三個(gè)致密云團(tuán)?？茖W(xué)家認(rèn)為，這些云團(tuán)其實(shí)都隸屬于同一股氣流，它們是氣流中密度較大的核心。核心的密度越大，亮度也越高。它們共同構(gòu)成的連貫結(jié)構(gòu)，描繪出了一條物質(zhì)在銀心流動(dòng)的軌跡。

計(jì)算結(jié)果顯示，銀心黑洞會(huì)以平均每10年一個(gè)地球質(zhì)量的速度，從這樣的云團(tuán)身上攫取物質(zhì)，以維持其當(dāng)前的活躍程度。因此如果我們可以知道這些云團(tuán)來(lái)自哪里，便可以進(jìn)一步了解黑洞獲取物質(zhì)的方式。

關(guān)于云團(tuán)的來(lái)源，科學(xué)家曾提出過(guò)幾種假說(shuō)。有人認(rèn)為可能與大質(zhì)量恒星的星風(fēng)有關(guān)，有人認(rèn)為可能與新星爆發(fā)有關(guān)，也有人認(rèn)為是銀心黑洞的潮汐剝離作用所致。為了驗(yàn)證這些理論，普朗克研究所的國(guó)際科研團(tuán)隊(duì)運(yùn)用自適應(yīng)光學(xué)輔助光譜儀SINFONI和ERIS，進(jìn)行了高精度的紅外光譜研究。通過(guò)分析氫的Brackett?γ發(fā)射線，同時(shí)參考這3個(gè)云團(tuán)的位置和速度，人們最終重構(gòu)了它們的運(yùn)行軌道。

分析結(jié)果顯示，這3個(gè)云團(tuán)的軌道，無(wú)論是方向還是形態(tài)，幾乎都完全相同。如果它們毫不相干，出現(xiàn)這種情況的概率幾乎為零。因此研究人員認(rèn)為，這3個(gè)云團(tuán)必然擁有共同的起源。

研究人員順藤摸瓜，通過(guò)氣流的運(yùn)動(dòng)方向和徑向速度，發(fā)現(xiàn)這些云團(tuán)可能來(lái)自一對(duì)環(huán)繞銀心黑洞運(yùn)行的大質(zhì)量雙星IRS 16SW。

IRS 16SW是一對(duì)相接雙星（contact binary）——這是一種表面接觸，有點(diǎn)像“連體嬰兒”的雙星——它們位于一個(gè)環(huán)繞銀心黑洞運(yùn)行的年輕恒星盤內(nèi)。3個(gè)云團(tuán)軌道之間的微小差異，可以用這對(duì)雙星自身的軌道運(yùn)動(dòng)來(lái)解釋。

流體動(dòng)力學(xué)模擬進(jìn)一步支持了該結(jié)論。模擬結(jié)果顯示，這樣的云團(tuán)，是在雙星產(chǎn)生的星風(fēng)與星際介質(zhì)的碰撞過(guò)程中產(chǎn)生的。二者的碰撞會(huì)在兩顆恒星之間產(chǎn)生激波，導(dǎo)致氣體不斷積累和壓縮，最終分離成為向內(nèi)運(yùn)動(dòng)的獨(dú)立團(tuán)塊。

研究結(jié)果支持了認(rèn)為大質(zhì)量恒星星風(fēng)可以為黑洞持續(xù)提供物質(zhì)補(bǔ)給的假說(shuō)，并將恒星演化、氣體動(dòng)力學(xué)和黑洞吸積過(guò)程三個(gè)不同的研究領(lǐng)域連接了起來(lái)。它還表明即使是在我們的銀河系中，恒星的演化和黑洞的成長(zhǎng)之間，也可以產(chǎn)生聯(lián)系。

參考

The gas streamer G1–2–3 in the Galactic center

https://www.aanda.org/articles/aa/full_html/2026/03/aa55808-25/aa55808-25.html