詹姆斯·韦伯空间望远镜（JWST）的新观测为天文学家提供了关于超大质量黑洞如何获取它们所需气体的最清晰视角。这些图像揭示了长长的气体丝将一个星系的炽热外部大气与围绕其中心黑洞的快速旋转盘连接起来。这个盘子充当了气体向内掉落并为黑洞供给燃料之前的最后一个物质储存区。一支由蒙特利尔大学领导的国际研究团队，与密歇根州立大学的贡献共同完成了观察和分析结果。他们的发现发表在《天体物理学杂志快报》的7月14日刊物中，帮助解决了一个困扰天文学家的问题。“JWST的观测为我们提供了数千个新数据和测量结果，我可以报告这是一个巨大的信息量，”密歇根州立大学的物理学与天文学杰出教授梅根·多纳休说。“我们都在一起努力解决关于这些黑洞如何获取燃料以及它们如何与宿主星系相互作用的天体物理学问题。” 超大质量黑洞如何影响星系 几乎每个大型星系的中心都包含一个超大质量黑洞（SMBH）。这些物体的质量可能是太阳的数百万或数十亿倍。黑洞本身不发出光。然而，当大量气体和尘埃向其坠落时，物质会加热，形成一个极其明亮和充满能量的区域。天文学家称之为活动星系核（AGN）。一个活跃的黑洞可以像一个强大的宇宙引擎一样运作。它可能会发射出巨大喷流，将能量远远送出星系中心。这些喷流可以加热周围的气体，减缓新星的形成，并影响星系在数十亿年中的变化。这造成了一种长期以来的难题。如果喷流加热周围的气体，它们应该使那种气体更难冷却并向黑洞坠落。理论上，黑洞最终应该会切断自己的食物供应。然而，许多超大质量黑洞仍在进食。 可能的黑洞燃料循环 主要的解释是该系统自我调节。被黑洞活动加热的气体可能最终会再次冷却。当它失去能量时，它可以凝聚成狭长的结构，称为丝状物。这些凉气流随后可能会向星系中心再次坠落，补充黑洞的燃料供应。为了研究这个过程，研究人员利用JWST研究了NGC 4696，这是天虎座星团中最大的中心星系。该星团是一个密集的星系集合，距离地球约1亿4500万光年，被认为是研究活动星系核如何与其周围环境相互作用的最佳地点之一。研究小组使用JWST的NIRSpec仪器观察了NGC 4696近八个小时。NIRSpec将红外光分解为其成分波长，使科学家能够确定气体的运动、成分以及其性质在一个区域内的变化。结果图谱追踪了黑洞影响范围内气体运动的情况。这是黑洞的重力主导附近物质运动的区域。JWST解决了大约30光年宽度的小结构。尽管这个距离对于人类来说是一个巨大的尺度，但在一个跨越数十万光年的星系中却是一个显著的详细水平。 气体流入旋转盘 观测结果显示，星系中心附近的一个S形结构实际上是围绕超大质量黑洞的气体旋转盘。该盘的宽度接近800光年，内部部分物质的运动速度高达每秒600公里。最重要的是，该盘似乎与星系的大型内流气体丝物理连接。JWST的数据表明，气体沿着丝状物流动并进入供应黑洞物质的旋转盘。这种连接提供了迄今为止强有力的观测证据，表明冷却气体丝可以作为超大质量黑洞的进食通道。 完成黑洞反馈循环 这些发现帮助填补了更大循环中缺失的步骤。首先，活跃黑洞发射的喷流将能量注入周围的星系气体中。随着时间的推移，这些气体的一部分冷却，变得不稳定，并坍缩成细长的丝状结构。其中一些结构宽度只有几百光年，但延伸数千光年。随着气体向内坠落，磁力可能有助于减少其旋转并引导其向中心移动。物质随后聚集在黑洞周围的旋转盘中。该盘为黑洞提供燃料，黑洞又激发新的喷流，这些喷流再次加热周围的气体。通过这种方式，黑洞可能有助于创造最终提供其下一次燃料供应的条件。 计算机模拟支持JWST观测结果