天體物理學家發現低亮度活動銀河系核的高能熱風

宇宙中的超大質量黑洞會吞噬它們周圍的氣體,下降的氣體被稱為黑洞吸積流。在《自然-天文學》上發表的一項研究中,中國科學院上海天文台袁峰教授領導的研究小組與南京大學李志遠教授領導的研究小組一起,發現了從熱吸積流中發射到弱吸積超大質量黑洞的高能熱風存在的直接證據,代表著向理解黑洞周圍吸積過程邁出了一步。

天體物理學家發現低亮度活動銀河系核的高能熱風

宇宙中幾乎每個星系都存在一個超大質量的黑洞。黑洞周圍的氣體將被吸積並形成一個吸積盤。強烈的輻射從吸積盤中發射出來,這就是人們在2019年獲得的第一張黑洞圖像中輻射的來源。

根據氣體溫度的不同,黑洞吸積流分為兩種類型,即冷的和熱的。天文研究小組在過去十年中進行的理論研究預測,熱吸積流中一定存在強風,這些吸積流通常為低亮度的活動星系核(LLAGN)提供能量。根據最先進的宇宙學模擬Illustris-TNG,這些風也被發現在星系演化中起著關鍵作用,然而,這種風的直接觀測證據被證明很難獲得。

這項研究的研究人員通過分析高質量的X射線光譜,發現了來自M81*的高能氣流的有力觀測證據,M81*是一個居住在附近大質量螺旋星系Messier 81中的原型低亮度活動星系核。該光譜具有無與倫比的解析度和靈敏度,是由錢德拉X射線天文台在2005-2006年拍攝的,但直到現在仍沒有人對風這一方面進行研究。

來自M81*的外流被一對Fe XXVI Lya發射線所證明,這些發射線在2800公里/秒的體視線速度下准對稱地紅移和藍移,而且Fe XXVI Lya-to-Fe XXV Ka線的比率很高,這意味著發射線的等離子體的溫度為1.4億開爾文。

為了解釋高速和高溫的等離子體,研究人員對M81*上的熱吸積流進行了磁流體動力學模擬,並根據數值模擬的預測,製作了從熱吸積流中發射的風的合成X射線光譜。預測的發射線與錢德拉光譜一致,為熱風的存在提供了證據。該風的能量被發現足以影響到M81*的近距離環境。

這項研究揭示了觀察結果和熱吸積流理論以及帶有AGN反饋的最新宇宙學模擬之間缺少的聯系。

來源:cnBeta