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一幅类星体的艺术想象图。中心的黑点代表类星体中心的超大质量黑洞。围绕它的红黄色螺旋结构显示了正在落入黑洞的热气体盘。其中一些气体会以类星体风的形式被喷射出来，图中以浅蓝色显示。图中所示的气盘大小与我们太阳系的大小相当。图片来源：NASACXCM.Weiss、NahksTr’Ehnl、NurtenFilizAk
一个遥远的类星体揭示了迄今为止观测到的最极端的紫外外流之一，为超大质量黑洞与其宿主星系之间的强大相互作用提供了新线索。
一个质量超过太阳十亿倍的超大质量黑洞正以极快的速度将气体喷射到太空中，天文学家难以解释这种外流是如何维持的。
由约克大学领导的研究人员发现了在超大质量黑洞附近探测到的最快紫外线风。这股源自名为J2318的遥远类星体的外流速度高达光速的30%，使其成为观测到的最极端的紫外线类星体风。
这一发现让人们得以罕见地窥见宇宙中最强大的引擎之一，也有助于科学家更好地理解黑洞如何影响整个星系的生长和演化。
这个类星体拥有一个质量为太阳17亿倍的黑洞。这很典型。不典型的是，它有气体以光速30%的速度向我们移动，约克大学教授帕特里克霍尔说。
这些研究结果发表在《天体物理学杂志》上。
一种与地球上任何事物都不同的宇宙风
新研究的天体J2318（JayTwentyThreeEighteen）位于飞马座，属于一类被称为类星体的天体。
类星体是宇宙中最明亮的天体之一。它们形成于大量气体螺旋状涌向超大质量黑洞时，形成一个炽热的物质盘，其亮度可超过整个星系。当物质向内坠落时，部分物质也会以强大的风向外喷射，将大量能量带入周围空间。
首席作者卢卡斯西顿表示：这颗名为J2318（杰伊2318）的类星体位于飞马座的大广场星区。就速度而言，这颗类星体的风可以被称为79级飓风。每一级飓风都比下一级快约20%。称其为79级能让人明白它有多快，但当然，这种风与地球上的任何风都不同。
尽管在X射线中已探测到甚至更快的外流，但J2318目前保持着紫外观测的纪录。
西顿说：在类星体中，我们经常看到由类星体的光推动的气体风从黑洞向外吹。J2318的风在紫外波段可以被观测到，速度高达光速的30%。在X射线波段可以看到更快的风，但J2318是紫外波段发现过的最快的。
风如何保持可见的奥秘
让这一发现特别引人入胜的是，理论上，这种风本应难以观测到。
加速气体的同一种强辐射也能从原子中剥离电子，抹去天文学家用来探测外流的化学特征。然而在J2318中，研究人员仍能看到碳和硅离子以极高速度运动的证据。
这给试图理解这些极端风如何运作的理论家们带来了一个难题。
类星体释放出如此多的光子，以至于这些微小的推力累积起来产生了极高的速度，西顿说。问题在于，光子也会剥离原子中的所有电子，使其变得不可见。如何将气体推到我们观测到的速度，同时保持我们所看到的碳和硅离子完好无损……这是一个相当大的谜题。
隐藏在数十年数据中的一项发现
这一破纪录的外流现象是通过斯隆数字巡天（SDSS）的观测发现的，该巡天项目是有史以来最宏大的天文测绘项目之一。
关键线索来自研究生玛丽安娜韦尔特里，她在约克大学读本科期间就将J2318识别为一个可能不寻常的天体。霍尔使用本科生研究员朱泽洲开发的软件对类星体进行检查后，团队意识到他们正在观测的是某种非同寻常的事物。
为了验证这一发现，天文学家借助了位于夏威夷的弗雷德里克C吉列特双子座望远镜，其观测结果证实了这一前所未有的风速。
加拿大拥有位于夏威夷的直径8米（26.2英尺）的弗雷德里克C吉列特双子座望远镜（又称北双子座望远镜）的部分使用权，我们立即提议用它进行观测。霍尔说：他们成功证实了其破纪录的风速。
Hall解释说：就像彩虹将太阳光分解成不同波长（颜色）一样，SDSS将某些恒星、星系和类星体的光分解成我们所说的‘光谱’。通过练习，学生们可以从这些光谱中发现不寻常的类星体。过去，只有博士学位的天文学家或攻读博士学位的研究生才能有这样的发现，但SDSS让本科生也能做到这一点。
为什么这些风很重要
对天文学家来说，类星体风的意义远远超出黑洞本身。
研究人员越来越认为，强大的外流可以通过加热气体、干扰恒星形成以及在极远距离上重新分配物质来调节星系的演化。在某些情况下，尽管黑洞只占据宿主星系中心的极小区域，但它们可能会塑造宿主星系的未来。
华盛顿大学博塞尔分校的研究合著者保拉罗德里格斯伊达尔戈表示，这些极端外流可能有助于解释现代天体物理学中最重要的过程之一。
这些极端外流携带的能量大得惊人，会影响周围的星系。它们扮演着一种缺失环节的角色：星系活跃中心区域与星系其他部分之间难以捉摸的反馈机制。尽管几十年来星系形成模拟中一直包含这一过程，但仍需开展更多工作，通过观测来理解它，并确保模拟能正确处理这一过程。
寻找更快的外流
研究人员目前正在宇宙中寻找这些极端风的更多例子。
挑战在于，像J2318这样的天体似乎异常罕见。即使在检查了数十年的观测数据后，天文学家也只发现了少数几个速度接近它的系统。
不过，每一项新发现都帮助科学家探索超大质量黑洞能力的极限，并揭示这些宇宙巨人如何在数十亿年间塑造其周围环境。
要找到比J2318更快的紫外线外流并不容易，但我们仍在继续这项搜索——从邻近的宇宙到我们能观测到的宇宙最遥远的区域，莉莉安娜弗洛雷斯说。
参考资料：《明亮类星体中的相对论性且随时间变化的紫外外流》，作者：卢卡斯M西顿、帕特里克B霍尔、莉莉安娜弗洛雷斯、保拉罗德里格斯伊达尔戈、玛丽安娜韦尔特里、朱泽洲、哈维尔塞尔纳、W尼尔布兰特、斯科特安德森、罗伯托J阿塞夫、爱德华多巴尼亚多斯、凯瑟琳J格里尔、亚萨曼霍马尤尼、肖恩莫里森、C阿伦卡内格雷特、艾米L兰金、杰西朗诺、唐纳德P施耐德、沈悦、马修坦普尔、本尼特拉赫滕布罗特、乔纳森R特朗普和埃里克魏斯，发表于《天体物理学杂志》，DOI：10.384715384357ae5f94
相关知识
黑洞风是黑洞周围吸积盘内的物质被高温加热后，未被黑洞吞噬的部分以高速气流形式向外抛射的现象。它能影响星系演化，比如调节恒星形成速率，还能将重元素带向宇宙各处，对理解宇宙物质循环和星系成长具有重要意义。
BY: York University
FY: AI
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