氣體雲團衝向銀河系黑洞,可能隱藏著年輕恆星

最近發現的雲團可能是一個行星形成物質盤

羅恩·考恩,來自自然雜誌

天體物理學家提出,一個正衝向銀河系中心超大質量黑洞的氣體雲團,可能是一個圍繞年輕、低質量恆星的行星形成盤的可見蹤跡。

馬薩諸塞州劍橋市哈佛-史密森天體物理中心的露絲·默裡-克萊和阿維·勒布的建模工作表明,行星可以在巨大黑洞強大的引力場內形成。這提高了人們對天文學家在雲團接近星系最大黑洞時可能瞭解到的資訊的期望——預計這一事件將引發壯觀的光秀,最早可能在明年開始。該模型今天發表在《自然通訊》雜誌上。


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默裡-克萊和勒布在去年秋天聽到關於氣體雲的首次公開演講之一後開始了他們的研究。發現它的團隊提出,該雲團是在兩顆恆星流出的氣體碰撞時形成的。但是默裡-克萊和勒布立即抓住了這個想法,即雲團中的氣體和電離塵埃的混合物可能來自圍繞一顆年輕恆星的行星形成盤。

這個想法並不像聽起來那麼牽強,因為已知有一圈年輕恆星圍繞著人馬座 A* 執行,距離約 0.03 秒差距(十分之一光年)。人馬座 A* 是銀河系中心的一個四百萬太陽質量的黑洞。在整個星系的恆星形成區域,年輕恆星通常都有行星形成盤,默裡-克萊和勒布推斷,黑洞周圍區域的恆星可能也沒有什麼不同。

根據他們的模型,引力相互作用使一顆在星環內邊緣附近執行的年輕、低質量恆星脫落。這顆被彈出的恆星現在正朝著人馬座 A* 前進,它太小太暗,無法被探測到。然而,來自這顆恆星圓盤的物質——被其他年輕恆星的紫外線輻射蒸發,然後被黑洞的潮汐引力拉伸成一個細長的雲團——是可以觀察到的。

軌道問題
默裡-克萊和勒布報告說,模擬的氣體雲與觀測到的雲團的關鍵特徵相匹配。然而,他們計算出,最近脫落的恆星具有與氣體雲相同軌道的可能性只有 0.1%。位於德國加興馬克斯·普朗克地外物理研究所的斯特凡·吉勒森說,這個小機率是該模型“主要理論問題”,他是該雲團發現背後的團隊成員。

該二人的模型預測,氣體雲應該有一個密集的核,當雲團冒險接近黑洞時,亮度增加就會顯現出來,勒布指出。如果該模型得到證實,它將表明,留在星環中的年輕、低質量恆星具有足夠穩定的圓盤來形成行星。

無論雲團的起源如何,整個雲團可能需要數十年才能墜入黑洞。雲團的物質可能會在 2013 年底開始落入環繞黑洞的旋轉吸積盤,並持續 20-40 年,德國慕尼黑路德維希-馬克西米利安大學的天文學家安德烈亞斯·布克特說,他也是雲團發現團隊的另一位成員。他說,在大部分煙火開始之前,下落的氣體還必須從吸積盤到達黑洞本身。

布克特說,活動可能以爆發的形式出現,或者表現為穩定的變亮,也可能包括從黑洞射出的熱氣體噴流。光秀的性質可以幫助研究人員解答一個長期存在的謎題——為什麼人馬座 A* 與其他超大質量黑洞相比如此平靜,似乎多年來沒有吞噬大量的氣體和恆星。但即使在它潛入黑洞之前,氣體也會升溫併發出明亮的光——大約在明年夏天雲團最接近人馬座 A* 的時候,勒布說。

加州大學伯克利分校的伊萊奧特·誇塔特說,發光的出現將首次提供關於星際介質的線索,雲團必須穿過星際介質才能接近黑洞。誇塔特也是氣體雲團發現論文的合著者。例如,氣體雲團穿過的空間的密度會影響其發光:就像一顆隕石穿過地球大氣層會呈現出與在月球上空無空氣區域飛馳的隕石非常不同的光秀。誇塔特說,描述星際介質“為我們提供了一些關於黑洞如何從周圍聚集氣體的非常重要的線索,並解決了星系中心的大質量黑洞是如何增長的基本問題”。

本文經《自然》雜誌許可轉載。這篇文章於 2012 年 9 月 11 日首次發表

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