本文发表于《大众科学》的前博客网络，反映了作者的观点，不一定反映《大众科学》的观点
这篇文章是系列文章中的第三篇，该系列文章伴随我的新书《引力的引擎：泡泡式黑洞如何统治星系、恒星和宇宙中的生命》（大众科学/FSG）的即将出版。
在太空中，听不到黑洞的尖叫是一件好事。
尽管关于 超大质量黑洞 存在的最确凿的证据之一来自观察它们对邻近恒星的引力效应，但还有其他更壮观的线索。其中最清晰的线索是在早在 20 世纪 30 年代后期的外星无线电信号中无意中看到的，然后随着越来越好的技术使天文学家能够绘制宇宙地图，观测到的保真度也越来越高。
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在这些最亮的射电波天文源中，有一些非凡且非常遥远的结构。许多这些令人费解的形状不仅跨越数十万光年，而且非常不对称，而另一些则像一个巨大的哑铃的两端一样是“双倍”的。这里的图像是最著名的此类天体之一，天鹅座 A 的现代射电图。
这个庞然大物距离银河系约 6 亿光年，端到端跨度约 50 万光年。我们看到的辐射来自接近光速运动的电子，它们通过释放微波光子（以及其他频率的光子）来冷却自身，因为它们在星系际磁场中 螺旋运动。这些快速移动的粒子在细束或“喷流”中传输，这些喷流似乎从中心的一个亮点中涌出，然后溅射到两侧巨大的光瓣中。但是，是什么驱动如此巨大的亚原子加速系统？
首先让我们把它放在透视图中。这是哈勃太空望远镜看到的天鹅座 A 中心星系。
它有点像一个混乱的天体。大量的恒星、大量的尘埃和气体。它带有星际动荡的痕迹，并暗示存在其他强烈的辐射源。
但是，当我们将此图像以近似比例放置在天鹅座 A 的射电图之上时，事情变得真正有趣起来。
看到了吗？与天鹅座 A 的其余部分相比，可见星系非常小。
这是一个极好的线索，表明有令人难以置信的能量从一个非常小的起源点泵入星系际空间。早在 20 世纪 60 年代和 70 年代，天鹅座 A 等天体的巨大能量预算就挑战了天文学家和物理学家，要求他们提出一种足够高效的能源。似乎没有任何化学或核能接近满足要求，而且还有引人注目的形态需要解释——所有这些能量似乎都被导入到狭窄的相对论性（接近光速）粒子束中。
尽管这是一个有争议的问题，但最终变得清楚的是，实际上存在一种所需效率的天然能源：引力。当物质落入引力井时，它会被加速，物质可以落入引力井越深，它能达到的速度就越大。引力井的极致是由黑洞产生的引力井，根据定义，黑洞非常致密且非常“陡峭”，以至于光本身也无法再次爬出来（至少不是在耗尽所有能量的情况下）。被黑洞捕获的物质可以加速到接近光速，但在它消失在事件视界之前，其螺旋路径的摩擦和湍流会产生惊人的能量，这些能量会逸出并涌出。再加上其他一些因素，例如 黑洞自旋 和黑洞 电荷，一个超大质量黑洞可以为你打造一台机器，其将物质转化为能量的效率是核聚变的 50 倍之多——并且它还可以将能量以狭窄的粒子束喷射出来。
那么，一个喷射能量的超大质量黑洞究竟能有多响亮呢？这很大程度上取决于具体情况；黑洞的大小、自旋速度以及有多少物质注入其中，但有一些例子可以帮助我们了解预期的情况。
这是一张 X 射线光的图像，该 X 射线光是由位于称为英仙座的 星系团 内的百万度气体发出的。在气体内部的中心，是一个名为英仙座 A 的星系，其中包含一个超大质量黑洞。每隔几十万年，那个黑洞就会进入进食狂潮并向外喷射粒子。只是在星系团深处，这些粒子会直接撞击周围的物质，就像巨人通过吸管吹气一样，黑洞会在热气体内部膨胀巨大的气泡。这些是图像中看起来较暗的斑块。
令人难以置信的是，这些气泡的膨胀类似于启动一个巨大的超低音扬声器，激发出声波，这些声波像波纹一样向外扩散，宽度超过十万光年（你可以在这张图片中看到它们）。这是一个以比人耳能探测到的任何频率低一百万亿倍的频率播放的音符。输出功率高达 10 的 37 次方瓦特，约为我们太阳能量的 100 亿 倍。幸运的是，这种原始的尖叫最终消失在太空真空中。
正如你烦人的邻居可能会让你夜不能寐一样，像这样的咆哮黑洞会对周围的宇宙产生什么影响？事实证明，它可能在创造我们宇宙环境的外观方面发挥着出乎意料的重要作用。
……待续。