黑洞於宇宙盛宴中自製「燃料」

超大質量黑洞能夠透過冷卻和回收氣體來促進自身成長，形成一個持續的吸積與爆發迴圈。天文學家有一項關鍵發現，顯示宇宙中最大的黑洞能夠自我維持成長。

研究人員利用美國國家航空暨太空總署（NASA）錢德拉X射線天文臺以及歐洲南方天文臺甚大望遠鏡（VLT）的資料，找到新證據，表明黑洞爆發會冷卻周圍的氣體，讓黑洞更容易吸入更多物質。這項研究聚焦於七個星系團，這些星系團包含了宇宙中一些最大質量的星系。在這些星系的核心，是質量從太陽的數百萬倍到數千億倍不等的超大質量黑洞。這些黑洞驅動噴流，噴射出大量能量，而這個過程由它們吞噬的氣體提供動力。

研究的星系團中有兩個，即英仙座星系團和半人馬座星系團，在這些影象中有所呈現。錢德拉X射線資料以藍色顯示，突出了高溫氣體絲狀結構，而智利甚大望遠鏡（一臺光學望遠鏡）的觀測則以紅色揭示了較冷的絲狀結構。這些結構為黑洞如何與其環境相互作用提供了關鍵線索。

研究結果支援一個模型，即黑洞的爆發引發高溫氣體冷卻，形成狹窄的溫暖氣體絲狀結構。氣體中的湍流在這個引發過程中也扮演了重要角色。根據這個模型，這些絲狀結構中的一些溫暖氣體隨後應該會流入星系中心，供應給黑洞，從而引發爆發。爆發又會使更多氣體冷卻，進一步供應給黑洞，導致更多的爆發。

這個模型預測，星系團中心的高溫和溫暖氣體絲狀結構的亮度之間存在一種關係。更具體地說，在高溫氣體較亮的區域，溫暖氣體也應該更亮。天文學家團隊首次發現了這樣的關係，為該模型提供了關鍵支援。

這一結果也讓我們對這些充滿氣體的絲狀結構有了新的理解，它們不僅對供應黑洞很重要，還對新恆星的形成有影響。這一進展得益於一項創新技術，該技術能夠從錢德拉X射線資料中將高溫絲狀結構與其他結構分離開來，包括黑洞噴流在高溫氣體中形成的大型空洞。

這些絲狀結構新發現的關係與水母星系尾部的關係有顯著相似之處。水母星系在穿過周圍氣體時，氣體被剝離，形成長長的尾部。這種相似性揭示了這兩種天體之間意想不到的宇宙聯絡，暗示它們正在發生相似的過程。

這項研究由智利聖地亞哥大學的瓦萊裡亞・奧利瓦雷斯（Valeria Olivares）領導，並於1月27日發表在《自然天文學》（Nature Astronomy）上。參考文獻：由瓦萊裡亞・奧利瓦雷斯、阿德里安・皮克諾（Adrien Picquenot）、蘇圓圓、馬西莫・加斯帕裡（Massimo Gaspari）、瑪麗 - 露・讓德隆 - 馬索萊（Marie - Lou Gendron - Marsolais）、菲奧雷拉・L・波萊斯（Fiorella L. Polles）和保羅・努爾森（Paul Nulsen）撰寫的《冷卻流星系團中絲狀結構的Hα - X射線表面亮度相關性》，2025年1月27日，《自然天文學》。DOI：10.1038/s41550 - 024 - 02473 - 8。

這項研究匯集了來自美國、智利、澳洲、加拿大和義大利的光學和X射線觀測及模擬方面的專家。研究人員使用了甚大望遠鏡上的多單元光譜探測器（MUSE）儀器，它能提供宇宙的詳細三維檢視。美國阿拉巴馬州亨茨維爾的NASA馬歇爾太空飛行中心負責錢德拉計畫的監督，而史密森天體物理天文臺的錢德拉X射線中心則在麻薩諸塞州劍橋管理科學運營，在麻薩諸塞州伯靈頓管理飛行運營。