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为什么云会在黑洞附近形成

为什么云会在黑洞附近形成

一旦你离开了地球上壮丽的天空,“云”这个词就不再是指一种看起来像绒毛一样的白色结构,它能产生降雨。相反,大宇宙中的云是比其周围密度更大的块状区域。

太空望远镜已经观测到超大质量黑洞附近的这些宇宙云,这些神秘的高密度物体没有光线可以逃逸,其质量相当于超过10万个太阳。几乎每个星系的中心都有一个超大质量的黑洞,它被称为活动星系核(AGN),如果它从周围环境中吸收大量的气体和尘埃。最亮的AGN被称为类星体。虽然黑洞本身是看不见的,但当物质在它的活动视界附近被撕裂时,它的附近就会闪耀着极其明亮的光芒。

但是黑洞并不像真空吸尘器;它们不会随便吃离它们太近的东西。虽然黑洞周围的一些物质会直接落入黑洞,再也看不见了,但附近的一些气体会被抛出,形成一个能膨胀数千年的外壳。那是因为视界附近的区域;逃逸速度超过光速的黑洞周围的临界值。是非常精力充沛;黑洞周围快速移动的粒子产生的高能辐射可以将大量的气体喷射到浩瀚的太空中。

科学家们预计这种气体的流出将是平稳的。相反,它是块状的,从黑洞一直延伸到1秒(3.3光年)以外。每个云开始时很小,但可以扩展到超过1秒宽–它甚至可以覆盖地球和太阳以外最近的恒星比邻星之间的距离。

内华达大学拉斯维加斯分校的天体物理学家丹尼尔·普罗加(Daniel Proga)把这些集群比作在高速公路匝道上等候的汽车,设置了红绿灯,以控制新交通的涌入。他说:

偶尔会有一些车。

如何解释这些深空的团块呢?2020年4月21日,普罗加和他的同事在同行评议的《天体物理学杂志通讯》上发表了一个新的计算机模型,为这个谜团提供了一个可能的解决方案。科学表明,超大质量黑洞附近的极端高温可以让气体快速向外流动,但也会导致团块形成。如果气体加速过快,它就不会冷却到足以形成团块。计算机模型考虑了这些因素,并提出了一种机制,使气体走远,但也聚集。Proga说:

在外壳的外缘附近有一个扰动,使得气体密度比以前低了一点。这使得气体非常有效地升温。更远处的冷气体被它提了出来。

这种现象有点像热气球的浮力。气球内部的热空气比外面的冷空气轻,这种密度差使气球上升。

内华达大学博士生兰德尔·丹宁领导了这项研究。Dannen说:

这项工作很重要,因为天文学家总是需要把云放在一个给定的位置和速度,以符合我们从AGN看到的观测。他们通常不关心这些云最初是如何形成的,而我们的工作为这些云的形成提供了一种可能的解释。

这个模型只观察了气体的外壳,而不是黑洞周围旋转的物质盘。研究人员的下一步是检查气体的流动是否来自于圆盘本身。他们也对探索为什么有些云移动得如此之快的奥秘感兴趣,其速度约为每小时2000万英里(每秒1万公里)。

总结:一项新的研究着眼于宇宙云是如何在黑洞附近形成的。

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