星系合并时,中心黑洞产生相对论性喷流,同时放射出大量射电辐射。喷流的两个等离子体喷束以接近光速的形式运动,方向垂直于黑洞周围的物质圆盘,向外太空延伸数千光年。(艺术想象图)

一个天文学家小组借助于哈勃太空望远镜三号广域摄相机的观测,研究了合并中的两个星系与它们中心的超大质量黑洞之间的关系。

天文学家小组选取研究了一大批星系,它们都具有非常耀眼的核心————即活动星系核————据猜测它是由周围大量的物质被超大质量黑洞消耗所引起的。虽然大部分星系的中心都可能存在一个超大质量黑洞,但是只有其中很小一部分会如此耀眼,更少一部分会进一步产生相对论性喷流。相对论性喷流的两束等离子体喷束以接近光速的形式运动,方向垂直于黑洞周围的物质圆盘,向外太空延伸数千光年。喷流内部的炙热材料同时也是射电波的来源。

天文学家们希望确认这两束喷流是由星系合并所引起的。他们观察了五类正在合并或者刚完成合并的星系:其中两类星系具有喷流;两类星系具有耀眼核心但是没有喷流;另外一类是普通的不活跃星系。

“具有相对论性喷流的星系放射出大量的射电波段辐射。”该研究小组中来自空间望远镜研究所的马可·凯伯格解释说,“我们通过哈勃太空望远镜三号广域摄相机观测这些具有喷流的星系,发现它们几乎都有大量的射电辐射,这意味着喷流是伴随着星系合并而出现的。然而,并不只是具有喷流的星系才发生合并。”

“我们发现大多数合并事件本身并不产生具有射电辐射的活动星系核,”意大利博洛尼亚天文台的天文学家罗伯特·基利补充说,“我们观测的其他星系中很多也经历了合并,但是并没有产生射电辐射和喷流。”

天文学家们现在已经清晰地确定,星系合并是存在相对论性喷流的必要条件,然而他们推断这同时还应该满足其他条件。他们推测,当某个星系与另一个星系相撞时,如果它的中心黑洞旋转速度比对方快,那么就在黑洞周围产生喷流————这可能是由于它与碰到的另一个黑洞质量相当,黑洞旋转引起的多余能量供给了喷流。

该研究小组的另一名天文学家柯林·诺曼解释说,“合并事件可能通过两种方式影响中心黑洞。第一种方式是星系合并引起中心的气体增加,导致黑洞和黑洞周围的物质圆盘的质量都增大了。然而这种影响方式在所有合并星系中都存在,而实际上并不是所有合并星系的黑洞都出现了喷流,因此这不足以解释喷流是如何产生的。另一种方式是当两个大质量星系合并时,它们两个的黑洞也同时发生了合并。两个质量相当的黑洞以某种特定形式合并成了一个旋转的超大质量黑洞,并导致了喷流的产生。”

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