宇宙尘埃和超大黑洞“聚散两相依”

欧洲南方台的超大型干涉仪望远镜收集了迄今最有细节的观测数据，在一个超大质量的黑洞周围密布了尘埃，在一个活动星系核的中心隐居了一个超大质量的黑洞。不是所有的发热发光尘埃都聚集在黑洞周围的圆形碟盘体，目前的理论模型存在缺陷，大量尘埃实际上分布在圆形碟盘体的上方和下方，最新的观测结果表明，在圆形碟盘体的上方和下方分布了大量尘埃，它们从黑洞周围的区域分散开来，在远离黑洞周围的区域形成了冷尘埃风，尘埃奇异分布的性质挑战了目前的理论模型，超大质量黑洞的演变以及黑洞与周围环境的相互作用成了有待解释的理论问题。

天文学家通过过去20多年的观测发现，几乎在所有宇宙星系的中心都隐藏了一个超大质量的黑洞，黑洞是宇宙的超级霸主，从周围的区域不断吞食了大量物质，逐渐在活动星系核中形成了最强能量体，极其明亮的活动星系核有强大无比的驱动力，黑洞周围的圆形碟盘体内的尘埃被推向了外侧，尘埃从圆形碟盘体的上方和下方向外蔓延或漂移，尘埃被推向外侧的过程好似水池底部开了一个泄水孔，当泄水孔的塞子被人拿掉时，水池内的水从泄水孔流出，在水池泄水孔的周围出现了漩涡状水流，水池内的水似乎被挤压了出去。

在活动星系核（AGN）内，大部分超强的红外线辐射来自于黑洞周围圆形碟盘体中的尘埃。一支国际合作的科学团队详细观测了活动星系核NGC3783，他们使用了超大型的望远镜干涉仪（VLTI），在智利的帕拉纳尔天文台，可移动的4个8.2米直径的VLT单元组成了阵列，在干涉仪技术的基础上组合成了望远镜阵列。通过令人惊讶的观测结果证实，在圆形的碟盘体内，炽热尘埃的温度达到了大约700到1000摄氏度，从理论模型预测了相同的温度值，在圆形碟盘体主要部分的上方和下方有大量的冷尘埃。

冷尘埃流束从黑洞周围的区域向外流散，在黑洞与周围环境的复杂相互作用中，“尘埃风”扮演了重要的角色，黑洞从周围区域的物质吸收了能量，显现了贪得无厌的吸食能力。一直以来，科学家对黑洞和周围环境的相互作用缺乏清晰的认识，相互作用的机制有待深入研究。黑洞通过吞噬周围的物质得到了成长所需的营养，“尘埃风”的形成无疑为黑洞的成长机制添加了一大因素。科学团队在研究活动星系核NGC3783中心区域的特征时使用了由单体望远镜组成的阵列，通过望远镜的组合得到了更高的分辨率，相当于一个直径为130米的超大型望远镜。

马克斯·普朗克研究所之射电天文学所的格尔徳·魏格特是科学团队的一名成员，他解释说通过单元望远镜的组合增强了观测的灵敏性，有干涉仪功能的大型望远镜能够收集微弱的发光物体发射的光线，组合望远镜有非常远的观测距离，从太阳到地球的临近星系，从本地星系到数千万光年远的遥远星系，光学和红外线的观测技术达到了世界的最高水准。科学团队通过VLTI观测了炙热的尘埃，从近红外线和8到13微米的中红外线波段进行了观测。观测结果可能导致理论模型或理论范式的转换，推动了人们对活动星系核（AGN）的深入理解。大量尘埃被强大的辐射流推向外侧。现有活动星系核的结构模型模拟了尘埃的分布和超大质量黑洞的成长过程，然而，现有的结构模型缺乏冷尘埃效应的因素。

科学团队期待第二代VLTI的投入使用，正在加紧研制的第二代超大型的望远镜干涉仪（VLTI）被称为MATISSE。科学团队计划将所有的VLT望远镜单元组合成超大的阵列，在近红外线和中红外线的波段同时进行观测，收集更多和更能揭示细节的数据。多个国家的大学和研究机构的科学家组成了合作团队，其中包括了加州大学的圣巴巴拉分校、英国的杜伦大学、德国的基尔大学、马克斯-普朗克研究所。科学团队观测了宇宙尘埃，它们通常由碳酸盐和碳纤维颗粒构成，这些矿物质在地球的储量十分丰富。宇宙尘埃中的碳纤维颗粒很像蜡烛在燃烧之后留下的烟灰，烟灰颗粒的大小是典型的宇宙碳纤维颗粒尺寸的10倍或10倍以上。

（编译：2021-6-24）

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