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全球聚焦:科学家对超大质量黑洞的生命周期有了最清楚的了解

2022-08-01 08:49:39  来源:cnBeta.COM

这项研究为一个令人困扰的空间之谜提供了答案,并应允许研究人员创建有关宇宙演变和黑洞如何发展的更精确的模型。它于7月15日发表在《天体物理学杂志》上。


【资料图】

这篇论文的主要作者、达特茅斯学院的博士后研究助理Tonima Tasnim Ananna说:“这些天体在半个多世纪以来一直让研究人员感到神秘。随着时间的推移,我们对这些天体的物理学做出了许多假设。现在我们知道,被遮蔽的黑洞的属性与没有那么严重隐藏的AGN的属性明显不同。”

超大质量黑洞被认为位于几乎所有大型星系的中心,包括我们的银河系。这些具有强大引力的天体吞噬着星系的气体、尘埃和恒星,它们可以变得比小型星系更重。

几十年来,天文学家一直对活跃星系核的光信号感兴趣,这是一种超大质量黑洞,正在“增殖”,或处于快速增长阶段。

从20世纪80年代末开始,天体物理学家意识到,来自太空的光信号,从无线电波长到X射线,都可以归因于活跃星系核。人们认为,这些天体通常有一个甜甜圈状的环,或者"环",由气体和尘埃围绕着它们。与这些天体相关的不同亮度和颜色被认为是观察它们的角度造成的,这将影响到有多少环状物遮挡了视野。

由此,关于AGN的统一理论成为普遍的观点。该理论指导我们,如果一个黑洞是通过其环状体被观察到的,那么它应该显得很模糊。如果它被从环的下方或上方观看,它应该显得很亮。然而,根据目前的研究,过去的研究太过依赖来自不那么遮蔽的天体的数据,并使研究结果出现偏差。

新研究的重点是黑洞对空间物质的摄取速度,或其吸积率。研究发现,吸积率并不取决于黑洞的质量,它的变化很大,取决于它被气体和尘埃环遮挡的程度。

“这为黑洞周围的环状结构并不都是一样的这一观点提供了支持,”物理学和天文学教授、该研究的共同作者Ryan Hickox说。“结构和它的生长方式之间存在着一种关系。”

该结果显示,一个AGN周围的尘埃和气体的数量与它的“进食”程度直接相关,证实了不同的AGN群体之间存在着超越方位的差异。当一个黑洞以高速度吸积时,能量会吹走灰尘和气体。因此,它更有可能不受遮挡,显得更加明亮。相反,一个不太活跃的AGN被一个更密集的环形体所包围,显得更暗。

Ananna说:“在过去,不确定被遮蔽的AGN群体与更容易观察到的、不被遮蔽的AGN群体有何不同。”这项新研究明确显示了这两个群体之间的根本区别,这超出了观察角度。

这项研究源于对美国宇航局的高能X射线望远镜Swift-BAT探测到的附近AGNs进行的长达十年的分析。该望远镜允许研究人员扫描本地宇宙,以探测被遮挡和未被遮挡的AGNs。

这项研究是一个国际科学合作的结果--BAT AGN光谱调查(BASS)--它已经工作了十多年,收集和分析Swift BAT观测的AGN的光学/红外光谱。

Ananna说:“我们以前从未有如此大的X射线探测到的被遮蔽的本地AGN的样本。这对高能X射线望远镜来说是一个很大的胜利。”

这篇论文建立在研究小组以前分析AGN的研究基础上。为了这项研究,Ananna开发了一种计算技术来评估遮蔽物质对观察到的黑洞属性的影响,并分析了由更广泛的研究小组使用这种技术收集的数据。

根据这篇论文,通过了解一个黑洞的质量和它的“进食”速度,研究人员可以确定大多数超大质量黑洞何时经历了大部分的增长,从而提供关于黑洞和宇宙演化的宝贵信息。

“我们领域中最大的问题之一是超大质量黑洞从何而来,”Hickox说。“这项研究提供了一个关键的部分,可以帮助我们回答这个问题,我期望它能成为这个研究学科的试金石参考。”

未来的研究可能包括专注于允许该团队在本地宇宙之外搜索的波长。从近期来看,该团队希望了解是什么触发了AGN进入高吸积模式,以及快速吸积的AGN需要多长时间才能从严重遮蔽过渡到不遮蔽。

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