數(shù)十億年前，在150億光年外的一個(gè)星系團(tuán)中心，一個(gè)黑洞噴出了等離子射流。當(dāng)?shù)入x子體沖出黑洞時(shí)，它推開了物質(zhì)，形成了兩個(gè)相距180度的大空穴。

麻省理工學(xué)院卡夫利天體物理和空間研究所(MKI)的邁克爾·卡爾扎迪拉用同樣的方法，根據(jù)隕石坑的大小來計(jì)算小行星撞擊能量，利用這些太空穴的大小來計(jì)算黑洞噴發(fā)的能量。在發(fā)表在《天體物理學(xué)》期刊上的新研究中，卡爾扎迪拉和合著者研究了星系團(tuán)SPT-CLJ0528-5300(簡稱SPT-0528)的噴發(fā)。

將置換氣體的體積和壓力與兩個(gè)大空穴的年齡結(jié)合起來，就能夠計(jì)算出噴出的總能量。超過10^54焦耳的能量，這是在遙遠(yuǎn)星系團(tuán)中發(fā)現(xiàn)的最強(qiáng)大噴發(fā)。宇宙中點(diǎn)綴著星系團(tuán)，這些星系團(tuán)聚集了成百上千個(gè)充斥著熱氣和暗物質(zhì)的星系。每個(gè)星團(tuán)的中心都有一個(gè)黑洞，黑洞經(jīng)歷了進(jìn)食的時(shí)期，在那里黑洞從星團(tuán)中吞噬等離子體，然后是爆炸性噴發(fā)的時(shí)期，一旦達(dá)到飽和，黑洞就會發(fā)射出等離子射流，而SPT-0528是噴發(fā)階段的一個(gè)極端案例。

盡管黑洞噴發(fā)發(fā)生在數(shù)十億年前，在我們的太陽系還沒有形成之前，來自星系團(tuán)的光花了很長時(shí)間才一路傳播到美國宇航局(NASA)繞地球運(yùn)行的X射線發(fā)射錢德拉天文臺。由于星系團(tuán)充滿氣體，早期的理論預(yù)測，當(dāng)氣體冷卻時(shí)，星系團(tuán)將看到高速率的恒星形成，這需要冷卻的氣體才能形成。然而，這些星團(tuán)并不像預(yù)期的那樣冷，因此，沒有以預(yù)期的速度產(chǎn)生新恒星。有什么東西阻止了氣體完全冷卻？

罪魁禍?zhǔn)资浅筚|(zhì)量黑洞，黑洞噴發(fā)的等離子體使星系團(tuán)中的氣體溫度過高，無法快速形成恒星。SPT-0528記錄到的爆發(fā)還有另一個(gè)特點(diǎn)，使它有別于其他黑洞噴發(fā)。它太大了，天文學(xué)家認(rèn)為，氣體冷卻和黑洞釋放熱氣的過程，是保持星系團(tuán)溫度穩(wěn)定平衡的原因，星系團(tuán)徘徊在1800萬華氏度左右。它就像一個(gè)恒溫器，然而SPT-0528的突出并不處于平衡狀態(tài)，SPT-0528黑洞的噴發(fā)是一個(gè)有“故障”恒溫器。

這就好像把空氣冷卻了2度，而恒溫器的反應(yīng)是將房間加熱100度。此前研究了一個(gè)不同的星系團(tuán)，這個(gè)星系團(tuán)表現(xiàn)出了與SPT-0528完全相反的行為。這個(gè)星系團(tuán)中的黑洞不是不必要的猛烈噴發(fā)，而是無法阻止氣體冷卻。與所有其他已知的星系團(tuán)不同，這個(gè)星系團(tuán)充滿了年輕的恒星托兒所，這使它有別于大多數(shù)星系團(tuán)。有了這些比較，天文學(xué)家真正看到的是兩個(gè)極端可能的界限，同時(shí)還將描述更正常的星系團(tuán)特征，以便了解星系團(tuán)在宇宙時(shí)間內(nèi)的演化。

為了探索這一點(diǎn)，研究人員目前正在研究100個(gè)星系團(tuán)。之所以描述如此龐大的星系團(tuán)集合，是因?yàn)槊恳粡埻h(yuǎn)鏡圖像都捕捉到了特定時(shí)刻的星系團(tuán)，而它們的行為發(fā)生在宇宙時(shí)間上。這些星系團(tuán)覆蓋了一系列的距離和年齡，使得研究人員能夠研究星系團(tuán)的屬性，是如何隨著宇宙時(shí)間的變化而變化，這些時(shí)間跨度尺度比人類的時(shí)間尺度或我們能觀察到的要大得多。這項(xiàng)研究類似于古生物學(xué)家試圖從稀疏的化石記錄中，重建動(dòng)物的進(jìn)化過程。

博科園｜研究/來自：麻省理工學(xué)院

參考期刊《天體物理學(xué)》

DOI: 10.3847/2041-8213/ab5b07

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