黑洞就像脾氣暴躁的幼兒。它們經常打翻食物，但歐空局的XMM-牛頓號天文望遠鏡卻捕捉到了一個黑洞在文明用餐時”翻桌”的一幕。這種行為阻止了黑洞周圍的星系形成新的恆星，讓我們了解黑洞和星係是如何共同演化的。

這幅藝術家的作品展示了從馬卡里安817 星系中心噴出的超高速風。這些風以每小時數百萬公里的速度從廣闊的太空區域中清除星際氣體。沒有了這些氣體，星係就無法形成新的恆星，星系中心的黑洞也就沒有什麼好吃的了。圖片來源：歐空局

每個大星系的中心都有一個超大質量黑洞，它巨大的引力從周圍吸入氣體。當氣體向內盤旋時，會在黑洞周圍形成一個扁平的”吸積盤”，並在那裡發熱和發光。隨著時間的推移，最靠近黑洞的氣體越過了不歸點，被吞噬殆盡。

然而，黑洞只會吞噬一部分向其旋轉的氣體。在環繞黑洞的過程中，有些物質會被甩回太空，就像一個蹣跚學步的孩子會把盤子裡的東西打翻一樣。

在更戲劇性的情況下，黑洞會把整個餐桌掀翻：吸積盤中的氣體以極快的速度向四面八方飛散，以至於周圍的星際氣體都被清空了。這不僅剝奪了黑洞的食物，也意味著在大片區域內無法形成新的恆星，從而改變了星系的結構。

耀眼的藍色恆星環繞著這個螺旋星係明亮、活躍的核心。它被稱為馬卡里安817，位於4.3 億光年外的天龍座北部。在遠離中心的地方，這個星系顯示出強烈的恆星形成區，以及沿著旋臂的星際塵埃暗帶。銀河系中心的怪獸黑洞的質量是太陽的4000 萬倍。它被一個巨大的物質圓盤包圍著，超大質量黑洞正以每小時數百萬公里的速度向太空噴射物質。這可以從銀河系中心閃耀的明亮白光中看到。

這張NASA/ESA 哈伯太空望遠鏡圖片是2009 年8 月2 日用廣角相機3 拍攝的。圖片來源：NASA、ESA 和哈伯SM4 ERO 小組

前所未有的觀察

在此之前，這種超快的”黑洞風”只在極度明亮的吸積盤中被偵測到，因為吸積盤吸積物質的能力已經達到極限。這一次，XMM-牛頓在一個非常普通的星系中探測到了超快的風，可以說它”只是在吃零食”。

“如果把風扇開到最大，你可能會預料到風速會非常快。在我們研究的這個名為馬爾卡里安817的星系中，風扇的功率設定較低，但仍然產生了能量驚人的風。 “大學研究員米蘭達-扎克（密西根大學）指出，她在這項研究中發揮了核心作用。

“觀測到超高速風是非常罕見的，而探測到具有足夠能量來改變其宿主星系特徵的風就更少見了。馬爾卡里安817在並不特別活躍的情況下，產生這些風的時間長達一年左右，這一事實表明，黑洞對其宿主星系的重塑可能遠遠超出人們的想像，”合著者、意大利羅馬特雷大學天文學家埃利亞斯-卡蒙（Elias Kammoun）補充說。

XMM-牛頓（X-射線多鏡任務）太空望遠鏡的藝術效果圖。圖片來源：D. Ducros; ESA/XMM-Newton, CC BY-SA 3.0 IGO

被風阻擋的X 射線

活躍的星系中心會發出包括X 射線在內的高能量光線。馬卡里安817 讓研究人員眼前一亮，因為它變得異常安靜。米蘭達利用美國宇航局的斯威夫特天文台觀測了這個星系：”X射線信號如此微弱，以至於我確信自己做錯了什麼！”

利用歐空局更靈敏的X射線望遠鏡XMM-牛頓進行的後續觀測揭示了真實情況：來自吸積盤的超高速風就像一塊裹屍布，擋住了從黑洞周圍（稱為日冕）發出的X射線。這些測量結果得到了美國太空總署NuSTAR望遠鏡觀測結果的支持。

對X 射線測量結果的詳細分析顯示，馬爾卡里安817 的中心並沒有發出一”股”氣體，而是在吸積盤的廣大區域內產生了一股狂風。這股風暴持續了數百天，至少由三種不同的成分組成，每種成分的運動速度都是光速的幾分之一。

這幅藝術家的作品展示了從馬卡里安817 星系中心噴出的超高速風。這些風以每小時數百萬公里的速度從廣闊的太空區域中清除星際氣體。沒有了這些氣體，星係就無法形成新的恆星，星系中心的黑洞也就沒有什麼好吃的了。插圖顯示了銀河系中心的情況。一個超大質量黑洞從周圍吸入氣體，形成一個炙熱、明亮的”吸積盤”（橙色）。造成風（白色）的原因是圓盤內的磁場，它以難以置信的高速將粒子拋向四面八方。這些風有效地阻擋了黑洞周圍極熱等離子體（稱為日冕）發出的X 射線（藍色）。

這解決了我們在理解黑洞和黑洞周圍星系如何相互影響方面的一個未解之謎。包括銀河系在內的許多星系，其中心周圍似乎都有大片區域，但在這些區域中卻很少有新恆星形成。這可以用黑洞風清除恆星形成氣體來解釋，但這只有在黑洞風的速度足夠快、持續時間足夠長，並且是由具有典型活動水平的黑洞產生的情況下才可行。

「黑洞研究中的許多懸而未決的問題都需要透過長時間的觀測來捕捉重要事件。這凸顯了XMM-牛頓任務對未來的極端重要性。」歐空局XMM-牛頓計畫科學家諾伯特-沙特爾（Norbert Schartel）說：「沒有其他任務能夠將高靈敏度和長時間、不間斷觀測的能力結合起來。”

編譯來源：ScitechDaily