罗恩·考恩,来自自然杂志
天体物理学家提出,一个正冲向银河系中心超大质量黑洞的气体云团,可能是一个围绕年轻、低质量恒星的行星形成盘的可见踪迹。
马萨诸塞州剑桥市哈佛-史密森天体物理中心的露丝·默里-克莱和阿维·勒布的建模工作表明,行星可以在巨大黑洞强大的引力场内形成。这提高了人们对天文学家在云团接近星系最大黑洞时可能了解到的信息的期望——预计这一事件将引发壮观的光秀,最早可能在明年开始。该模型今天发表在《自然通讯》杂志上。
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默里-克莱和勒布在去年秋天听到关于气体云的首次公开演讲之一后开始了他们的研究。发现它的团队提出,该云团是在两颗恒星流出的气体碰撞时形成的。但是默里-克莱和勒布立即抓住了这个想法,即云团中的气体和电离尘埃的混合物可能来自围绕一颗年轻恒星的行星形成盘。
这个想法并不像听起来那么牵强,因为已知有一圈年轻恒星围绕着人马座 A* 运行,距离约 0.03 秒差距(十分之一光年)。人马座 A* 是银河系中心的一个四百万太阳质量的黑洞。在整个星系的恒星形成区域,年轻恒星通常都有行星形成盘,默里-克莱和勒布推断,黑洞周围区域的恒星可能也没有什么不同。
根据他们的模型,引力相互作用使一颗在星环内边缘附近运行的年轻、低质量恒星脱落。这颗被弹出的恒星现在正朝着人马座 A* 前进,它太小太暗,无法被探测到。然而,来自这颗恒星圆盘的物质——被其他年轻恒星的紫外线辐射蒸发,然后被黑洞的潮汐引力拉伸成一个细长的云团——是可以观察到的。
轨道问题
默里-克莱和勒布报告说,模拟的气体云与观测到的云团的关键特征相匹配。然而,他们计算出,最近脱落的恒星具有与气体云相同轨道的可能性只有 0.1%。位于德国加兴马克斯·普朗克地外物理研究所的斯特凡·吉勒森说,这个小概率是该模型“主要理论问题”,他是该云团发现背后的团队成员。
该二人的模型预测,气体云应该有一个密集的核,当云团冒险接近黑洞时,亮度增加就会显现出来,勒布指出。如果该模型得到证实,它将表明,留在星环中的年轻、低质量恒星具有足够稳定的圆盘来形成行星。
无论云团的起源如何,整个云团可能需要数十年才能坠入黑洞。云团的物质可能会在 2013 年底开始落入环绕黑洞的旋转吸积盘,并持续 20-40 年,德国慕尼黑路德维希-马克西米利安大学的天文学家安德烈亚斯·布克特说,他也是云团发现团队的另一位成员。他说,在大部分烟火开始之前,下落的气体还必须从吸积盘到达黑洞本身。
布克特说,活动可能以爆发的形式出现,或者表现为稳定的变亮,也可能包括从黑洞射出的热气体喷流。光秀的性质可以帮助研究人员解答一个长期存在的谜题——为什么人马座 A* 与其他超大质量黑洞相比如此平静,似乎多年来没有吞噬大量的气体和恒星。但即使在它潜入黑洞之前,气体也会升温并发出明亮的光——大约在明年夏天云团最接近人马座 A* 的时候,勒布说。
加州大学伯克利分校的伊莱奥特·夸塔特说,发光的出现将首次提供关于星际介质的线索,云团必须穿过星际介质才能接近黑洞。夸塔特也是气体云团发现论文的合著者。例如,气体云团穿过的空间的密度会影响其发光:就像一颗陨石穿过地球大气层会呈现出与在月球上空无空气区域飞驰的陨石非常不同的光秀。夸塔特说,描述星际介质“为我们提供了一些关于黑洞如何从周围聚集气体的非常重要的线索,并解决了星系中心的大质量黑洞是如何增长的基本问题”。