揭示黑洞的極端力量

天文學家使用NASA的錢德拉X射線天文台以及一系列其他的望遠鏡揭示出了已知最強有力的一個黑洞。這一黑洞利用周邊的熱氣體塑造出了龐大的結構，阻止了數萬億顆恆星的形成。

圖片提供：X射線：NASA/CXC/Stanford/J.Hlavacek-Larrondo et al；可見光：NASA/ESA/STScI/M.Postman & CLASH team

這一黑洞位於星系團RX J1532.9+3021（簡稱RX J1532）中，距離地球大約39億光年。這張圖像是利用錢德拉的X射線數據以及哈勃空間望遠鏡的可見光數據合成的，前者揭示出了星系團中的熱氣體（以紫色表示），後者展示了星系的情況（以黃色表示）。這一星系團在X射線波段極其明亮，這說明它質量很大，相當於太陽的一千萬億倍。在星系團的中央是一個大型橢圓星系，其中擁有這個特大質量黑洞。

星系團重要附近的大量熱氣體數量是個謎。發出X射線的熱氣體會冷卻，而星系團中央的緻密氣體冷卻速度應該是最快的。因此中央的冷氣體壓力應該會下降，讓較外的氣體向星系中沉去，沿途形成萬億顆恆星。然而天文學家在這一星系團的中央沒有找到這種爆髮式產星活動的跡象。

許多星系團中都存在這一問題，不過RX J1532是個極端的例子，由於中央附近的氣體密度很高，這裡氣體的冷卻應該尤其迅速。在迄今已知的數千個星系團中，不到12個情況有RX J1532這樣極端。最極端的是鳳凰座星系團，不過那裡的情況與RX J1532相反，人們觀測到了大量形成中的恆星。

那麼是什麼阻止了大量恆星在RX J1532中形成？來自錢德拉X射線天文台以及美國國家科學基金會的卡爾·G·央斯基甚大天線陣（VLA）為這一問題提供了答案。X射線圖像顯示，中央星系兩側的熱氣體中存在兩個大型空穴。為了突出空穴，錢德拉的圖像經過了特殊處理。兩個空穴與VLA射電圖像中噴流的位置重合。空穴之間特大質量黑洞的位置強烈表明，黑洞產生的超音速噴流在熱氣體中犁過，將氣體向兩邊推去，形成了空穴。

由膨脹的空穴以及回蕩在熱氣體中的聲波形成的激波波前類似於音爆，它是熱源，阻止了大多數氣體冷卻並形成新的恆星。

每個空穴的直徑大約是10萬光年，大致相當於銀河系的尺度。形成它們所需的力量是星系團中已知最為強大的。舉例來說，這一作用力幾乎是英仙座星系團著名空穴所需作用力的10倍。

雖然驅動噴流的力量必然是由落向黑洞的物質提供的，人們沒有在下落物質中探測到X射線輻射。如果黑洞質量是「極大」（相當於太陽的100億倍以上）而非特大，就可以解釋這一現象。這樣的黑洞毋須消耗大量物質就可以產生強有力的噴流，因此下落物質的輻射非常少。

另一種可能的解釋是，黑洞質量只有太陽的10億倍，但其自轉非常快。在消耗同樣數量物質的情況下，這樣的黑洞產生的噴流要比慢速旋轉的黑洞強大得多。不過兩種可能性都需要黑洞的質量極其大。

人們還在相對噴流不同的方向上找到了一個更遙遠的空穴，它沿南北向分布。這一空穴可能是由黑洞一次古老得多的爆發塑造的。這就提出了一個問題，為什麼這個空穴不再與噴流方向保持一致。這裡有兩種可能性。要麼是星系團中氣體的大尺度運動將空穴推到了一側，要麼是黑洞在進動著，也就是說像旋轉的陀螺一般擺動著。

描述這些結果的論文刊登在2013年11月10日的《天體物理學報》雜誌上，可以在線閱讀。論文的第一作者是來自斯坦福大學的朱莉·赫拉瓦瑟克—拉隆多（Julie Hlavacek-Larrondo）。研究所用的哈勃數據取自星系團引力透鏡與超新星巡天，該計劃由空間望遠鏡科學研究所的馬克·波斯特曼（Marc Postman）領導。

阿拉巴馬州亨茨維爾（Huntsville）的NASA馬歇爾太空飛行中心為華盛頓的NASA科學理事會管理著錢德拉計劃。馬薩諸塞州坎布里奇（Cambridge）的史密松天體物理天文台負責控制錢德拉的科研和飛行運轉。

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