一個近鄰黑洞，為何像早期宇宙中的黑洞一樣生長？

天空中持續時間較短的射電輻射源被稱為“暫現射電源”，它們可能產生于黑洞附近，是極端物理條件下各種過程的結果。

大多數暫現射電源只能持續數天或數周，但多年來，旋渦星系SDSS J110546.07+145202.4中心的超大質量黑洞一直在射電波段發出異常強烈的輻射。

在一項新發表于《天體物理學雜志》的研究中，一個國際研究團隊利用新的觀測數據和歷史檔案數據，對這一獨特星系進行了研究。

研究結果證實了，這個位于我們宇宙鄰域的超大質量黑洞，正在展現一種此前主要見于早期宇宙快速生長黑洞的活動狀態。研究人員推測，更多物質持續落向黑洞，并觸發了持續多年的強烈射電噴流。由于它距離我們較近，這個星系為研究早期黑洞如何快速增長、噴流如何形成提供了一個難得的近鄰樣本。

黑洞吸積物質并產生噴流

所有大型星系的中心都存在一個超大質量黑洞，其質量通常是太陽的數百萬倍，甚至數十億倍。然而，并非所有超大質量黑洞都會吸積大量物質。

當黑洞周圍存在大量氣體和塵埃時，這些物質會在黑洞強大引力的作用下繞其高速旋轉，形成扁平的吸積盤。物質在向黑洞逐漸靠近的過程中被劇烈加熱，從而在從低能的射電波到高能的X射線的多個波段釋放出強烈輻射。

此外，吸積盤中的部分物質會被引導至黑洞兩極附近，再以速度接近光速的等離子體噴流形式猛烈噴出。這些噴流同樣會產生強烈的電磁輻射。

一個持續8年的異常射電信號

星系SDSS J110546.07+145202.4位于獅子座方向，距離地球約18億光年。它的射電輻射強度在短時間內增加了20多倍，而且至今沒有減弱的跡象。8年多來，這個星系一直在射電波段放出異常強烈的輻射，其射電輻射強度約為太陽的101?倍。

這種電磁輻射的來源位于星系中心黑洞附近。這個黑洞的質量相對較低，但由于不斷吸積物質，其質量正在以異常快的速度增長。快速成長且質量較低的黑洞，本就很少產生明亮的射電輻射，而它們轉變為一種長期持續的射電明亮狀態，此前更是聞所未聞。

然而，迄今為止，SDSS J110546.07+145202.4中心的超大質量黑洞所展現出的劇烈吸積行為，只在早期宇宙的黑洞中被觀測到，也就是宇宙在約138億年前誕生后的早期階段。但SDSS J110546.07+145202.4所處的宇宙時代遠晚于早期宇宙。

落入黑洞的物質

在新的研究中，研究人員利用多臺地基和天基望遠鏡開展的后續觀測，證實了這個射電源的獨特性質。

研究團隊推測，這一星系亮度增強的原因是：這顆黑洞的物質吸積活動可能已增強數年，并由此觸發了一股接近光速運動、能夠產生強烈輻射的粒子噴流。

星系SDSS J110546.07+145202.4距離地球相對較近，因此在圖像中可以清楚看到它的形態，包括兩條蜿蜒展開的旋臂。這幅圖像由可見光和近紅外輻射數據合成。（圖/DESI Legacy Survey）

不過，究竟為什么會有更多物質落入黑洞，以及這次爆發為何能夠持續如此之久，目前尚無定論。

研究早期宇宙的近鄰實驗室

質量較低、增長迅速，正是天文學家預計早期宇宙星系中心黑洞所具有的特征。然而，與那些極其遙遠的天體相比，SDSS J110546.07+145202.4位于宇宙鄰域，因此可以對其進行更精細的觀測，從而深入了解黑洞演化及其噴流形成過程中所涉及的物理機制。

研究人員表示，這類高能事件能夠為天文學家提供大量信息。通過觀測這些噴流和爆發，天文學家可以研究宇宙中一些最極端環境里的物理過程。

未來，甚長基線陣（VLBA）等高分辨率觀測設備將有望繪制出這股噴流的結構，并在今后數年中持續追蹤其射電輻射的演化。而借助即將投入使用的平方千米陣（SKA）等高靈敏度設施，研究人員將能夠在未來的全天巡天中識別出類似的暫現射電源。這對于填補天文學家對早期宇宙認識中的空白至關重要。

#參考來源：

https://www.mpg.de/26857971/a-nearby-black-hole-as-a-window-into-the-early-universe?c=2249

https://iopscience.iop.org/article/10.3847/1538-4357/ae610f

#圖片來源：

封面圖&首圖：Max Planck Institute Dream Lab