科学家们有史以来第一次测量了围绕超大质量黑洞旋转的物质盘的确切大小。这一偶然的发现可以帮助我们扩大对这些宇宙庞然大物如何生长以及围绕它们的星系如何随时间演变的认识。

吸积盘是由过热气体、尘埃和等离子体组成的巨大旋转环,它们围绕黑洞或其他巨大的宇宙物体(如脉冲星)旋转。黑洞周围的圆盘是由被撕裂的恒星、系外行星和其他物质的残余物组成的,这些物质在被拉向事件视界时被撕裂——在事件视界之外,任何东西,甚至光,都无法逃脱黑洞的引力。当吸积盘旋转时,它们会发射一系列电磁辐射,包括x射线、红外辐射、无线电波和可见光,使它们成为天文学家能探测到黑洞的唯一部分。

吸积盘在红外光谱中最为清晰可见。旋转的质量释放出研究人员所说的双峰,这是一对能量峰值,来自吸积盘的两半释放的激发态氢气——一半自旋远离观察者,一半自旋向观察者。这些双峰起源于最接近视界的吸积盘的边缘,这意味着它们可以显示旋转盘的开始位置,但不能显示它们的结束位置。

但在8月8日发表在《天体物理学杂志通讯》上的一项新研究中,研究人员发现了第二个双峰,它来自超大质量黑洞III Zw 002周围吸积盘的外边缘,该黑洞距离地球2200多万光年,质量至少是太阳的4亿倍。根据他们发现的双峰,研究人员计算出III Zw 002周围吸积盘的半径约为52.4光年,是地球到太阳距离的9000多倍。

当研究人员发现这一发现时,他们并没有在III Zw 002附近寻找第二个双带。相反,该团队正在收集数据以确认吸积盘的存在,这是2003年首次发现的。

研究人员使用来自夏威夷双子座北望远镜的双子座近红外光谱仪(GNIRS)捕捉到新的数据。GNIRS测量的波长范围比通常出现的普通红外光略宽,并且可以同时探测不同波长的辐射,这就是使团队能够发现第二个双峰的原因。

起初,研究人员不相信他们的发现,但很快他们就明白了。“我们多次减少数据,认为这可能是一个错误,但每次我们都看到同样令人兴奋的结果,”该研究的合著者、加那利群岛天体物理研究所的天文学家阿尔贝托Rodríguez-Ardila在一份声明中说。

研究人员认为,这一发现可能在帮助揭开超大质量黑洞的奥秘方面发挥重要作用。

Rodríguez-Ardila说:“这种双峰剖面的探测对一个区域的几何形状施加了严格的限制,否则就不可能解决这个问题。”他补充说,这将使研究人员能够首次观察到“一个活动星系的喂养过程和内部结构”。

研究小组将继续监测III Zw 002附近的吸积盘,看看它是如何随着时间的推移而增长的。

这并不是今年科学家在了解吸积盘方面取得的唯一重大突破。今年5月,研究人员透露,他们首次在实验室中用等离子体制造出了人工吸积盘。假环只持续了几分之一秒,但暗示了吸积盘是如何形成的。

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