《天体物理学》杂志：几亿年前蛇夫座星系团中央黑洞爆发留下“巨大的射电化石”

天体物理学杂志:数亿年前，蛇夫座星团中央的黑洞爆炸，留下了“巨大的射电化石”

这项研究利用了位于印度的巨型米波射电望远镜。正是由于这种望远镜的技术进步，蛇夫座星团中的巨大空洞之谜才得以解开。

据科技日报报道(实习记者余子月):在距离地球约3.9亿光年的[/k0/]深处，存在着一个巨大的——蛇夫座星系团。根据我们常见的X射线观测，它是迄今为止人类发现的第二亮的星系团，仅次于距离我们3亿光年的英仙座星系团。近年来，天文学家逐渐发掘出这颗璀璨明珠背后隐藏了数亿年的秘密。

近日，美国、澳大利亚等多国天文学家的联合研究发现，此前在蛇夫座星团中观测到的巨大而神秘的气体空空洞是由很久以前星团中心的一个巨大黑洞爆炸造成的。也就是说，中央黑洞猛烈释放能量，在其周围砸出一个巨大的空洞，直径约150万光年，可以连续容纳15个星系。该研究成果日前发表在《天体物理学》杂志上。

文章第一作者、美国海军研究所研究员西蒙娜·吉亚·辛图奇(Simone Gia Sintucci)将这个空洞比作“巨型无线电化石”，可见其历史悠久。

雾很大，探索能量的来源

研究人员表示，类似的空洞以前也在其他星系团中发现过，比如英仙座星系团和前面提到的九头蛇星系团。但是蛇夫座星团中空洞的大小是前所未有的。他们估计，制造这个空洞所需的能量可能是已知同类最大空洞的6倍。十亿个太阳照耀十亿年，产生的能量还不到引发爆炸的能量的百分之一。

这个空洞究竟是怎么形成的？根据之前的研究，应该是活动星系核造成的。

活动星系核(AGNs)是指中央核中活动强烈的一类河外核，它们活跃而明亮。一般认为，AGN的“引擎”是一个超大质量黑洞。黑洞吸引物质，并在其周围形成一圈吸积盘。吸积盘中的物质不断落入黑洞，物质失去的角动量被黑洞以能量的形式“吐出”，在吸积盘的垂直方向形成高速喷流。

在以前的研究中，人们可以观察到爆炸的中央黑洞，无论是在英仙座还是其他星系团中。黑洞的喷流就像黑暗中明亮的光束，携带着巨大的能量，可以加热并“驱逐”周围分散的气体，产生类似空的洞景。

然而蛇夫座空洞穴的能量来源之谜却十分曲折。

"早在2006年，蛇夫座空洞穴就吸引了研究人员的注意."中科院国家天文台研究员陆佑军在接受科技日报记者采访时表示，另一组研究人员通过当时Chandratai 空望远镜提供的X射线数据，在蛇夫座星团中发现了一个“奇怪的弯曲边缘”，即空洞的边缘。然而，令人费解的是，蛇夫座星系团中心的黑洞非常黑暗和寂静，没有任何迹象表明它正在爆发。另一方面，当时研究人员认为制造这个空洞所需的能量太大，所以他们否认空洞是由于黑洞爆炸而形成的可能性。

现在，为什么以黑洞为引擎的活动星系核被判定为“罪魁祸首”？

“这项研究使用了无线电波段数据，研究人员从中发现了高能相对论电子。黑洞喷流可以直接大量产生这些高能电子。”中国科学院国家天文台研究员陈告诉科技日报记者，2006年的研究主要依靠X射线数据，受波段区域限制。相对论电子无法被探测到，只能探测到能量相对较低的电子。这些电子的来源不仅包括星系团中心的黑洞爆炸，还包括其他天文事件，如星系团合并活动。所以，在当年的研究资料支持下，蛇夫座空洞穴的能量来源还不清楚。

“如果这项研究的结果是真的，谜团的天平将向‘中央黑洞爆炸’的终点倾斜。”陈对说:

沉默安静，等待下一次轮回

在陈看来，这可能不是蛇夫座星系团中部黑洞一次性短期爆发的结果，而可能是我们今天看到的巨大空洞经过了数千万年甚至上亿年的积累。

不幸的是，蛇夫座星系团的星系核已经变得“懒惰”，中央黑洞已经平静下来。中央核区释放的信号非常微弱，后人可能一辈子也欣赏不到蛇夫座星团中央核区的“烟火”之美。

是什么让活动星系核安静下来？陈说，根据现有资料推测，活动星系核的活动可能会持续几千万到几亿年。当星系核活跃时，它们需要通过黑洞吸收周围的物质来产生能量。反过来，黑洞喷流会吹走周围的物质。久而久之，当黑洞周围的物质全部分散到远处，黑洞就会“饿死”，活动星系核也就沉寂了。经过长时间的演化，散落的物质再次被吸引到黑洞，再次开始下一个循环。

“可见，活动星系核爆发后的沉寂是必然的，但人类在几十年前才拥有相应的观测手段，很难在人类活动的时间尺度上观测到活动星系核爆发到停止的全过程。”陈对说:

虽然蛇夫座星系团中的星系核已经不再活跃，但它造成的巨大空洞并没有消散，这可以帮助我们还原亿万年前的恒星空历史。而且这次远古大爆炸的影响远比我们观测到的空洞的出现要深远的多。

"活动星系核的爆炸可以在一定程度上抑制恒星的形成."卢俊指出，恒星的诞生与宇宙中冷却气体的高密度密切相关，黑洞的喷流会加热周围的气体，这在一定程度上阻碍了恒星诞生的步伐。这种现象被称为活动星系核的反馈效应。

“家族”新增，更多谜题待解

“蛇夫座星系团的这项研究为星系团中活动星系核引起的大空洞现象的‘大家族’扩展了一个案例，有助于我们研究星系形成过程中的核心环节——活动星系核的反馈效应。”卢俊道。

与以往类似事件不同的是，研究人员观测到蛇夫座星团中存在一个冷核，冷核到核的能量从10千伏(千电子伏)急剧下降到不足10千电子伏，温度沿着悬崖下降。黑洞爆发时，冷核经常被高温喷流摧毁。

在陆佑军看来，蛇夫座星系团的活动星系核在爆发后进入了长时间的沉寂，星系团中的气体几乎没有能量注入，导致了冷核的形成。“可以看出，这项研究也有利于研究星系团内部的加热和冷却问题，进而了解蛇夫座早期活动星系核的反馈过程。”

星星空浩瀚无边，探索无止境。

据陆俊介绍，针对蛇夫座星系团中的空洞现象，还有一些问题需要进一步研究。例如，需要进一步了解蛇夫座星系团中心黑洞的具体大小，然后估算黑洞能否产生足够的能量形成这个巨大的空洞。再者，即使能量足够，被众多星系团“困住”的喷流能否被发射到空洞的位置并仍然保持巨大的能量，还需要进一步论证。

在这项研究中，使用了澳大利亚murchison宽场阵列和印度巨型米波射电望远镜收集的无线电信息。“随着低频射电望远镜的发展和更多新的观测技术的出现，相信会观测到越来越多的类似现象，也会有更多奇特的天文景观等待我们去探索。”陈对说: