揭示黑洞的极端力量

天文学家使用NASA的钱德拉X射线天文台以及一系列其他的望远镜揭示出了已知最强有力的一个黑洞。这一黑洞利用周边的热气体塑造出了庞大的结构，阻止了数万亿颗恒星的形成。

图片提供：X射线：NASA/CXC/Stanford/J.Hlavacek-Larrondo et al；可见光：NASA/ESA/STScI/M.Postman & CLASH team

这一黑洞位于星系团RX J1532.9+3021（简称RX J1532）中，距离地球大约39亿光年。这张图像是利用钱德拉的X射线数据以及哈勃空间望远镜的可见光数据合成的，前者揭示出了星系团中的热气体（以紫色表示），后者展示了星系的情况（以黄色表示）。这一星系团在X射线波段极其明亮，这说明它质量很大，相当于太阳的一千万亿倍。在星系团的中央是一个大型椭圆星系，其中拥有这个特大质量黑洞。

星系团重要附近的大量热气体数量是个谜。发出X射线的热气体会冷却，而星系团中央的致密气体冷却速度应该是最快的。因此中央的冷气体压力应该会下降，让较外的气体向星系中沉去，沿途形成万亿颗恒星。然而天文学家在这一星系团的中央没有找到这种爆发式产星活动的迹象。

许多星系团中都存在这一问题，不过RX J1532是个极端的例子，由于中央附近的气体密度很高，这里气体的冷却应该尤其迅速。在迄今已知的数千个星系团中，不到12个情况有RX J1532这样极端。最极端的是凤凰座星系团，不过那里的情况与RX J1532相反，人们观测到了大量形成中的恒星。

那么是什么阻止了大量恒星在RX J1532中形成？来自钱德拉X射线天文台以及美国国家科学基金会的卡尔·G·央斯基甚大天线阵（VLA）为这一问题提供了答案。X射线图像显示，中央星系两侧的热气体中存在两个大型空穴。为了突出空穴，钱德拉的图像经过了特殊处理。两个空穴与VLA射电图像中喷流的位置重合。空穴之间特大质量黑洞的位置强烈表明，黑洞产生的超音速喷流在热气体中犁过，将气体向两边推去，形成了空穴。

由膨胀的空穴以及回荡在热气体中的声波形成的激波波前类似于音爆，它是热源，阻止了大多数气体冷却并形成新的恒星。

每个空穴的直径大约是10万光年，大致相当于银河系的尺度。形成它们所需的力量是星系团中已知最为强大的。举例来说，这一作用力几乎是英仙座星系团著名空穴所需作用力的10倍。

虽然驱动喷流的力量必然是由落向黑洞的物质提供的，人们没有在下落物质中探测到X射线辐射。如果黑洞质量是“极大”（相当于太阳的100亿倍以上）而非特大，就可以解释这一现象。这样的黑洞毋须消耗大量物质就可以产生强有力的喷流，因此下落物质的辐射非常少。

另一种可能的解释是，黑洞质量只有太阳的10亿倍，但其自转非常快。在消耗同样数量物质的情况下，这样的黑洞产生的喷流要比慢速旋转的黑洞强大得多。不过两种可能性都需要黑洞的质量极其大。

人们还在相对喷流不同的方向上找到了一个更遥远的空穴，它沿南北向分布。这一空穴可能是由黑洞一次古老得多的爆发塑造的。这就提出了一个问题，为什么这个空穴不再与喷流方向保持一致。这里有两种可能性。要么是星系团中气体的大尺度运动将空穴推到了一侧，要么是黑洞在进动着，也就是说像旋转的陀螺一般摆动着。

描述这些结果的论文刊登在2013年11月10日的《天体物理学报》杂志上，可以在线阅读。论文的第一作者是来自斯坦福大学的朱莉·赫拉瓦瑟克—拉隆多（Julie Hlavacek-Larrondo）。研究所用的哈勃数据取自星系团引力透镜与超新星巡天，该计划由空间望远镜科学研究所的马克·波斯特曼（Marc Postman）领导。

阿拉巴马州亨茨维尔（Huntsville）的NASA马歇尔太空飞行中心为华盛顿的NASA科学理事会管理着钱德拉计划。马萨诸塞州坎布里奇（Cambridge）的史密松天体物理天文台负责控制钱德拉的科研和飞行运转。