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李志远教授团队证实低光度活动星系核中存在高速外流

    宇(yu)宙中大多数(shu)正(zheng)常星系(xi)的中央存(cun)在着一(yi)个(ge)超大(da)质量黑(hei)洞。黑(hei)洞(dong)强大的(de)引(yin)力吸(xi)(xi)(xi)(xi)引(yin)周围的(de)介质下落,逐渐形成(cheng)一个被(bei)称为吸(xi)(xi)(xi)(xi)积(ji)盘(pan)的(de)薄盘(pan)状流(liu)体(ti)结(jie)构。介质在流(liu)入(ru)黑(hei)洞(dong)的(de)过程中释放引(yin)力势能,部分转化为内能、动能和电磁(ci)波辐(fu)射。当黑(hei)洞(dong)吸(xi)(xi)(xi)(xi)积(ji)物质的(de)速率低于(yu)某个临界值时,温度较低的(de)吸(xi)(xi)(xi)(xi)积(ji)盘(pan)会被(bei)一个称为热吸(xi)(xi)(xi)(xi)积(ji)流(liu)的(de)流(liu)体(ti)结(jie)构取代(dai)。热吸(xi)(xi)(xi)(xi)积(ji)流(liu)的(de)温度可高达数十亿度,但同时密度较低,很(hen)难有效(xiao)产生辐(fu)射,在此条件下的(de)黑(hei)洞(dong)表(biao)现为一个低光度的(de)星系核(he),我们银(yin)河系中心的(de)黑(hei)洞(dong)就是一个典型的(de)例(li)子(zi)。

    近年来的(de)理论与(yu)数值模拟研(yan)究表明,进入热(re)吸积(ji)(ji)流(liu)的(de)介质并非全(quan)部(bu)流(liu)入黑洞,其中(zhong)大(da)部(bu)分反(fan)而(er)会在(zai)接近黑洞的(de)旅程中(zhong)逐(zhu)渐改(gai)变运(yun)动方向,直至形(xing)成一个高速的(de)双极外流(liu)并最终脱离黑洞的(de)引力约束。这一被称为热(re)吸积(ji)(ji)流(liu)风的(de)外流(liu)不仅是黑洞吸积(ji)(ji)过程的(de)基本要(yao)素,也被认为是超大(da)质量黑洞影响宿主星系演化的(de)重(zhong)要(yao)机制之一。然(ran)而(er),尽管热(re)吸积(ji)(ji)流(liu)风的(de)存在(zai)性(xing)(xing)与(yu)重(zhong)要(yao)性(xing)(xing)在(zai)前沿的(de)理论研(yan)究中(zhong)得到了广泛(fan)支持,迄今(jin)仍缺乏对其的(de)直接观测证据。

    爱游戏官网李志远、施方正与中科(ke)院上海(hai)天(tian)文台(tai)袁峰课题组紧密合作(zuo),通过分析(xi)钱德拉X射线卫(wei)星对(dui)一(yi)个名(ming)为M81*的典型低光度星系(xi)核所拍得的高分辨率X射线(xian)光谱,证认(ren)出(chu)了由(you)温(wen)度高达(da)1.3亿度的(de)(de)热(re)等离(li)子体所产生(sheng)的(de)(de)类氢铁离(li)子的(de)(de)莱曼阿尔(er)法发射线(xian)。该发射线(xian)呈现出相对(dui)于静止系(xi)波(bo)长红(hong)蓝移的(de)(de)准对(dui)称双峰结构,对(dui)应(ying)的(de)(de)视向速度约(yue)达(da)百分之一(yi)光速,很(hen)可能起源(yuan)于高温(wen)高速的(de)(de)双极外流。


图(tu)a为(wei)黑洞(dong)周围热吸积流产生(sheng)风(feng)(浅蓝色区域)的示意(yi)图;图b/c展示了磁流(liu)体模拟得到(dao)的(de)风的(de)温度与(yu)密(mi)度分布图;图d表明M81*X射线(xian)光谱与(yu)磁(ci)流体(ti)模拟预(yu)言的光谱相吻(wen)合(he)。


    研究团队进一步利(li)用磁(ci)流体数值模拟(ni)构建(jian)了M81*热(re)吸积流及其驱(qu)动(dong)的风,并发现模型(xing)风的X射线光谱与观测到(dao)的铁(tie)离子(zi)发射线特(te)征(zheng)高度符合(he)。模型风所携(xie)带的动量与机械(xie)能足以影响(xiang)黑洞周围(wei)的星际环境(jing),表明(ming)热吸积流风确实(shi)是超大(da)质量黑洞在低吸积(ji)率条件下(xia)对宿主星系(xi)进(jin)行能量反馈的重要(yao)载体。

    该(gai)项研(yan)究成果(guo)以“An Energetic Hot Wind from the Low-luminosity Active Galactic Nucleus M81*”为题在最(zui)新(xin)一期(qi)Nature Astronomy上(shang)发表。博(bo)士生施方正为该论文(wen)第一作(zuo)(zuo)者,李志(zhi)远教授和袁峰(feng)研究(jiu)员(yuan)为共同通讯作(zuo)(zuo)者。该工作(zuo)(zuo)得到(dao)了(le)科技部(bu)重点研发计划(hua)与国家(jia)自然科学(xue)基金的资助。

 

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