超大质量黑洞看起来像是婴儿恒星在成长

包括我们自己的银河系在内的大多数星系中心都有一个超大质量黑洞。这些天文学家长期以来一直在研究的一个问题是：这些令人难以置信的巨大物体是如何增长到与数百万或数十亿颗恒星一样重的。

为了寻找这一谜团的线索，由Mark Gorski（西北大学和查尔姆斯理工大学）和Susanne Aalto（查尔姆斯理工大学）领导的一组科学家选择研究相对较近的星系ESO320-G030，它距离我们只有1.2亿光年。这是一个非常活跃的星系，恒星形成的速度比我们自己的星系快十倍。

“由于这个星系在红外光下非常明亮，望远镜可以解析出其中心惊人的细节。我们想要测量来自星系核心风中的分子发出的光，希望追踪出这些风是如何由正在增长或即将增长的超大质量黑洞所发射的。通过使用ALMA，我们能够研究来自尘埃和气体厚层之后的光，”查尔姆斯理工大学射电天文学教授Susanne Aalto说。

分子揭示了风的存在

为了尽可能接近中心黑洞的密集气体，科学家们研究了氰化氢（HCN）分子发出的光。由于ALMA能够成像精细的细节并追踪气体中的运动——利用多普勒效应——他们发现了表明存在磁化旋转风的模式。

虽然星系中心的其他风和喷流将物质从超大质量黑洞推开，但新发现的风却增加了另一个过程，这个过程可以为黑洞提供物质并帮助其增长。

“我们可以看到风如何形成螺旋结构，从星系中心向外膨胀。当我们测量向外流动物质的旋转、质量和速度时，我们惊讶地发现，我们可以排除风的能量来源的许多解释，例如恒星形成。相反，向外流动可能是由气体流入提供动力，并且似乎被磁场结合在一起，”Susanne Aalto说。

科学家们认为，旋转的磁风有助于黑洞的增长。

物质在落入黑洞之前会在其周围移动——就像水在排水管周围一样。接近黑洞的物质会聚集在一个混乱的旋转盘中。在那里，磁场会发展并变得更加强大。磁场有助于将物质从星系中抬起，形成螺旋风。向这股风中流失物质也会减缓旋转盘的旋转——这意味着物质可以更容易地流入黑洞，将涓涓细流变成洪流。

类似于婴儿恒星的诞生

对于Mark Gorski来说，这种情况的发生让人想起了太空中一个更小规模的环境：导致新恒星和行星诞生的气体和尘埃漩涡。

“众所周知，恒星在其演化的第一阶段会在旋转风的帮助下增长——这种风被磁场加速，就像这个星系中的风一样。我们的观察表明，超大质量黑洞和微小恒星可以通过类似的过程增长，但规模非常不同，”Mark Gorski说。

这一发现能否成为解开超大质量黑洞增长之谜的线索？未来，Mark Gorski、Susanne Aalto及其同事希望研究其他星系，这些星系的中心可能隐藏着隐藏的螺旋外流。

“关于这个过程的许多问题还远远没有得到解答。在我们的观察中，我们看到了旋转风帮助调节星系中心黑洞增长的明确证据。既然我们知道了要寻找什么，下一步就是找出这种现象的普遍程度。如果这是所有拥有超大质量黑洞的星系都会经历的一个阶段，那么接下来会发生什么？”Mark Gorski问道。