在我們星系的中心,沉睡著一個巨人,一個質量超過太陽四百萬倍的黑洞。銀河系的超大質量黑洞大多處於靜默狀態,吞噬著銀河系中心的小型物體,並在消化獵物時僅發出微弱的輻射。但在過去,這個沉睡的巨人可能曾經完全甦醒——並且造成了破壞。
哈佛-史密森天體物理學中心的的天體物理學家們發現了證據,表明存在兩條幽靈般但巨大的伽馬射線束,每條都從銀河系中心延伸約 30,000 光年,這似乎標誌著宇宙歷史上相對較近的一次劇烈的黑洞吞噬事件。
在一些其他星系中,超大質量黑洞比人馬座 A* (Sgr A*) 活躍得多,後者是潛伏在銀河系中心的黑洞。當黑洞吞噬氣體、塵埃甚至完全形成的恆星時,物質會在事件視界(黑洞的有去無回點)之外的吸積盤中壓縮並升溫。這種混亂的吸積過程會產生大量的輻射或等離子體外流。因此,吞噬物質的黑洞會發出明亮的光芒,甚至跨越數十億光年,並且有些會發射巨大的粒子噴流,從黑洞向外延伸。但這樣的噴流在我們自己星系中,主要是休眠的超大質量黑洞附近尚未被識別出來。
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這些噴流在 NASA 費米伽馬射線太空望遠鏡繪製的星系地圖中以微弱線條的形式出現。哈佛大學研究生孟蘇和天體物理學家道格拉斯·芬克拜納透過從費米的地圖中減去已知的伽馬射線源,並梳理出剩餘的漫射輻射中的模式,從而識別出這一特徵。他們的發現發表在一篇即將發表在《天體物理學雜誌》上的研究中。在其他波長或使用其他望遠鏡尚未探測到這些噴流,但下一代 X 射線太空望遠鏡或許能夠證實或駁斥它們的存在。
如果從人馬座 A* 發出的噴流被證明是真實存在的特徵,而不僅僅是視覺假象,那麼它們將表明,不久前,該黑洞比現在活躍得多。對這些噴流的一種解釋是,在進食驅動的爆發期間,物質沿著狹窄的、方向相反的噴流從黑洞向外輸送,這些噴流受到螺旋磁場的約束。沿著這些噴流高速運動的高能電子與背景光子碰撞,將它們提升到伽馬射線能量,費米的大面積望遠鏡可以探測到這些伽馬射線。
但噴流產生的具體時間尚不清楚——現在到達望遠鏡的伽馬射線可能是整個系列爆發的遺蹟。事實上,假設的噴流並不是人馬座 A* 不時狼吞虎嚥進食的第一個間接證據。從星系分子云反射回來的輻射被解釋為僅在數百年前發生的早期爆發的回聲。“我們知道,即使在幾百年的時間尺度上,黑洞也會閃爍不定,”芬克拜納說。
新發現的噴流可能與蘇和芬克拜納以及他們的同事特蕾西·斯萊特耶(現任職於普林斯頓高等研究院)最近發現的從銀河系中心延伸出來的另一個特徵有關。2010 年,研究人員再次使用費米望遠鏡,識別出銀河系平面上方和下方的巨大氣泡,這些氣泡發出伽馬射線。這些氣泡也可能是由高能電子產生的,這些電子在黑洞進食狂潮期間被噴射出來,與普通光子碰撞並將它們提升到伽馬射線能量。所謂的費米氣泡和噴流可能源於大約一百萬年前的同一次爆發——噴流將是高速黑洞輸出,而氣泡是在一系列衝擊波和渦流中向外擴散的減速物質。但是,儘管噴流和氣泡在位置和規模上重疊,但噴流傾斜了約 15 度,研究人員指出,它們可能是由單獨的事件造成的。
如果這兩個特徵確實相關,那麼噴流在過去的某個時刻一定更加強大,才能提供能量將費米氣泡從星系際空間中雕刻出來。反過來,黑洞也必須更加貪婪。“它不會因為從不作為而達到四百萬或五百萬個太陽質量,”芬克拜納說。“在過去的某個時候,它消耗了大量的物質,並且把事情搞得一團糟。”