一个统一模型的新证据

M77,是一个绚丽无比的棒旋星系,位于 4700 万光年之外的鲸鱼座。在一项最新的研究中,天文学家在对 M77 的中心进行详尽地观测后,为一个存在 30 年已久的 “统一模型” 提供了重要证据。

M77,也被称为 NCG 1068。| 图片来源:ESO

统一模型

在大多数星系的中心,天文学家都发现了超大质量黑洞的存在。这些黑洞的质量是太阳质量的数百万,甚至是数十亿倍。但在任何时候,它们之中只有少数是 ” 活动的 “。要成为一个 “活动星系核AGN)”,黑洞必须在它的周围聚集大量的气体,这些气体会被加热并释放出明亮的光。

尽管活动星系核所占据的区域还没有太阳系大,但它发出的光甚至可以比星系中所有恒星发出的光的总和还要亮。在某些情况下,黑洞还会产生巨大的物质喷流,它们会以接近光速的速度向外延伸。

自上个世纪 50 年代首次发现以来,AGN 一直是天文学家热衷研究的对象。天文学家也发现了不同类型的 AGN,比如类星体射电星系赛弗特星系等。

活动星系核是一些星系中心的高能区域,由超大质量黑洞驱动。当喷流指向地球时,AGN 看起来异常明亮,这类 AGN 被称为 ” 耀变体 “。当喷流不指向地球或黑洞不产生喷流时,AGN 看起来会完全不一样。| 图片来源:ESO/M. Kornmesser and L. Calçada

到了上个世纪 80 年代,天文学家提出了 AGN 的统一模型,认为所有的 AGN 本质上都是一样,它们都具有相同的基本结构,包括中心的超大质量黑洞和围绕着黑洞的厚重尘埃环

根据这一模型,我们从地球上观测 AGN 的角度决定了它们外观上的差异。我们所看到的 AGN 类型取决于尘埃环遮蔽黑洞的程度,在某些情况下,黑洞会被完全遮蔽。

过去,天文学家已经发现了一些支持统一模型的证据,包括在 M77 中心发现的温暖的尘埃。然而,天文学家仍然怀疑这些尘埃是否能够完全遮蔽黑洞。

根据 AGN 的光谱,它们可被分为两类:I 型和 II 型。I 型 AGN 的光谱中会同时显示宽线区和窄线区;II 型 AGN 的光谱中只显示窄线区。

清晰的图像

位于智利阿塔卡马沙漠的甚大望远镜(VLT)是世界上最先进的光学望远镜之一,它包含了 4 台位置固定、主镜直径为 8.2 米的望远镜。

VLT 是由 4 台位置固定的 8.2 米望远镜以及 4 台可移动的 1.8 米辅助望远镜组成。这些望远镜可以联合运作,组成巨大的甚大望远镜干涉仪(VLTI),它所能捕捉到的细节远超单独的望远镜所能看见的。| 图片来源:ESO/H.H.Heyer

新的观测数据来自于一个名为MATISSE的强大仪器,它可以透过尘埃,使天文学家准确地进行温度测量。这样一台强大的仪器结合了 VLT 的 4 台望远镜所收集的红外线数,这种结合光线的技术是天文学中常用的干涉测量,可以捕捉到即使是世界上最大的望远镜也无法分辨的细节。

在结合了 ALMA 和 VLBA 的射电数据后,研究人员可以清晰地绘制出 M77 中心的详细图像。他们发现了一个由宇宙尘埃和气体组成的厚重的环,其中心隐藏着一个超大质量黑洞。如下图(右)中所示,黑点显示的是黑洞最可能的位置,两个椭圆则显示了尘埃环的范围。这样一幅详细的画面所描绘的正是统一模型所预期看到的。

VLTI 在 M77 中心观测到了一个由宇宙尘埃和气体组成的厚重的环,一颗超大质量黑洞完全嵌在了环形中心。| 图片来源:ESO/Jaffe, Gámez-Rosas et al.

接下来,研究人员希望用 MATISSE 来观测更多的 AGN,以寻找更多关于统一模型的观测证据。由于星系的演化和它们中心的活动星系核有着密切的关联,因此更好地理解 AGN,也能够帮助我们更完整地了解星系是如何形成、演化和消亡的。

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