云南天文台超大质量黑洞周围物理现象研究取得进展

近期，国际著名核心刊物《The Astrophysical Journal》（2012，ApJ，744，84）发表了云南天文台研究员王建成带领的研究团队，在超大质量黑洞周围物理现象的研究方面取得的进展。

众所周知，我们的银河系只是茫茫宇宙中再普通不过的一个星系。天文观测和理论推论表明，在每个星系的中心都存在一个超大质量的黑洞（106—108太阳质量），黑洞的质量以及活动特性对星系的形态和特征有决定性作用。黑洞通过引力作用吸积周围的物质，把引力势能转化为电磁辐射能和高能粒子的动能，便是黑洞最基本的活动方式。有一类特殊的星系，它们中心的黑洞活动非常剧烈，被称之活动星系核。

图1

在活动星系核中，黑洞通过强大的引力场，吞噬周围物质的过程，称为吸积，而这些物质在被吞噬之前聚集在黑洞的周围形成盘状的旋转体，便是吸积盘。黑洞不仅吞噬物质，还会以目前人们不甚知晓的方式从两极抛出物质，这一过程即为喷流。 喷流与吸积是黑洞周围紧密联系的重要物理现象，其具体物理细节是天体物理的研究前沿之一，它们主导活动星系核的剧烈活动现象，如物质的喷射和爆发，高能粒子的产生，很宽波段上极强的电磁辐射等（如图1）。

活动星系核在各个电磁波段的辐射机制和形态各有特点，比如在射电波段，它通过喷流，把中心区域的物质和能量朝两极传输到外围区域，形成两个巨大的射电瓣（如图2）。射电核到射电瓣边缘的距离，从1kpc到1000kpc不等（kpc是距离单位，比如我们银河系的尺寸约为30kpc），射电核区是如何通过喷流把物质传输到如此遥远的区域，这仍然是个谜。

图2

王建成研究团队收集了1000多个射电活动星系核，对它们的射电瓣和射电核进行研究，发现射电核和瓣具有不同的演化模式，表明物质从中心向外传输存在奇特现象。另外，他们发现活动星系核的射电核呈负宇宙演化模式，即在活动星系核的早期，它们不容易产生喷流，射电核的射电辐射较弱；然而，人们研究发现在活动星系核的早期，黑洞周围气体物质丰富，吸积效率高。综上分析表明：当活动星系核中心的超大质量黑洞大量吸积物质时，它不愿意抛射喷流物质，而在低吸积物质情况下，反而慷慨地抛射喷流物质，产生强的射电辐射。