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JWST 捕捉到超大质量黑洞如何进食的惊人证据
使用 JWST 的国际团队发现了照片证据，使天文学家更接近解开有关黑洞的长期谜团。几十年来，天文学家在大质量星系中心一直面临着一个难题：当超大质量黑洞自身强大的喷流加热周围为其提供能量的气体时，它如何能够继续进食？ [...]
来源:SciTech日报使用 JWST 的国际团队发现了照片证据，使天文学家更接近解开有关黑洞的长期谜团。
几十年来，天文学家在大质量星系中心一直面临着一个难题：当超大质量黑洞自身强大的喷流加热周围为其提供能量的气体时，它如何能够继续进食？詹姆斯·韦伯太空望远镜（JWST）的新观测结果使这一过程变得更加清晰。
这些图像提供了迄今为止最清晰的气态细丝观察，这些气态细丝将星系的炽热大气层与旋转盘连接起来，为中心超大质量黑洞提供物质。
由蒙特利尔大学领导的国际合作组织在密歇根州立大学的协助下进行了观察并分析了数据。研究结果发表在 7 月 14 日的《天体物理学杂志快报》上，解决了天文学家几十年来一直在努力解决的问题。
“JWST 观测为我们提供了数以千计的新事实和测量结果，我可以报告其中有很多值得吸收的内容，”密歇根州立大学物理和天文学杰出教授梅根·多纳休 (Megan Donahue) 说道。 “我们正在共同努力解决有关这些黑洞如何获取燃料以及它们如何与宿主星系相互作用的天体物理学问题。”
黑洞喷流造成进食悖论
几乎每个大型星系的中心都包含一个超大质量黑洞（SMBH），其质量是太阳的数百万甚至数十亿倍。当其中一个黑洞主动消耗周围的物质时，它就变成了天文学家所说的活跃星系核（AGN）。
活跃的黑洞可以向周围环境发射强大的能量射流。这些喷流可以重塑宿主星系，抑制新恒星的形成，并影响星系的演化。
但这造成了明显的矛盾。如果喷流加热黑洞周围的气体，它们最终会切断黑洞继续供给和生长所需的物质。
主要的解释是，一些加热的气体最终冷却，凝结成又长又窄的细丝，然后落回星系中心。这将创建一个自我调节循环，其中黑洞既破坏又最终补充其自身的燃料供应。
为了研究这个想法，研究人员将 JWST 转向 NGC 4696，即半人马座星团的中央星系。这个致密的星系团距离地球约 1.45 亿光年，被认为是研究活动星系核如何运作的最佳地点之一。
JWST 追踪气体进入进料盘
利用 JWST 近红外光谱仪近八个小时的观测，研究人员绘制了黑洞影响范围深处气体的运动图。这些观测结果解析了直径约 30 光年的特征——与跨越数十万光年的星系相比，这是非常小的。
地图显示，中心附近的 S 形漩涡实际上是围绕超大黑洞的旋转气体盘。该圆盘延伸近 800 光年，物质移动速度高达每秒 600 公里。
最重要的是，圆盘似乎直接与延伸到星系中的一根大丝相连。观测结果显示，气体沿着细丝移动并进入向黑洞提供物质的旋转盘。
模拟支持喂养周期
DOI: 10.3847/2041-8213/ae81ae
资金来源：加拿大航天局
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总之，这些观察结果有助于填补更广泛的喂养周期。黑洞释放的喷流将能量注入周围的气体中。随着时间的推移，一些气体冷却，变得不稳定，并凝结成可能只有几百光年宽但延伸数千光年的细丝。
磁力会减慢下落气体的旋转并引导其向内。这些物质聚集在黑洞周围的旋转圆盘中，圆盘为黑洞提供燃料，黑洞发射新的喷流，再次开始循环。
研究人员还通过最先进的计算机模拟测试了这种解释。模拟中的气体行为与 JWST 观察到的物质非常相似，为提议的进料过程提供了独立支持。
“参与这个项目真的很令人兴奋，”密歇根州立大学物理和天文学教授 Mark Voit 说。 “我们密歇根州立大学小组所做的计算预测，磁场应该通过向宇宙中最大的黑洞输送冷气体来帮助喂养它们，在这些 JWST 图像中看到这种情况发生真是令人惊讶。”
参考文献：“JWST 揭示了黑洞的供给方式：千秒差距尺度的多相细丝供给亚千秒差距的核圆盘”作者：Julie Hlavacek-Larrondo、Hyunseop Choi、현섭 최、MinghaoGuo、明浩郭、Mathieu Marquis、Olivia Pereira、G. Mark Voit、Loïc Albert、Jorge Barrera-Ballesteros、Rebecca E.A. Canning、Francesco D’Eugenio、Megan Donahue、Andrew C. Fabian、Gary J. Ferland、John S. Gallagher、Marie-Lou Gendron-Marsolais、Pierre Guillard、Nina Hatch、Ralf Kotulla、Yuan Li、Roberto Maiolino、Allison Man、Michael A. McDonald、B. R. McNamara、Valeria Olivares、Marine Prunier、Michael Reefe、Christopher S. Reynolds、Carter Rhea、Annabelle Richard-Laferrière、Helen R. Russell、Philippe Salomé、Ming Sun、Prathamesh Tamhane、Gregory Taylor、Auriane Thilloy、Grant R. Tremblay、Benjamin Vigneron 和 Stephen A. Walker，2026 年 7 月 14 日，《天体物理学杂志快报》。不错过突破：加入 SciTechDaily 时事通讯。