一直以來，黑洞都被認為(wei) 是個(ge) “破壞大王”，會(hui) 吞噬一切靠近它的物質。然而，近日哈勃太空望遠鏡觀察到矮星係Henize 2-10中的黑洞，與(yu) 其他已知黑洞的“性情”截然相反，它正在促進而非抑製其附近恒星的形成。

　　此前研究中，黑洞係統產(chan) 生的噴流或外流的速度非常接近光速，噴流、外流掃過的氣體(ti) 會(hui) 被加熱，在其路徑上的氣體(ti) 會(hui) 被驅散，這些效應顯然不利於(yu) 恒星形成。而Henize 2-10的中心黑洞產(chan) 生外流的速度非常低，與(yu) 氣體(ti) 作用時也並未顯著加熱氣體(ti) ，反而其外流通過壓縮氣體(ti) ，直接產(chan) 生了觸發恒星形成的效應。

　　這是一個(ge) 顛覆性的發現。哈勃太空望遠鏡對Henize 2-10的成像和光譜分析清楚地顯示，一股氣體(ti) 流從(cong) 黑洞延伸到明亮的恒星誕生區，如同一條臍帶，讓稠密的雲(yun) 團形成恒星。

　　促進恒星形成的黑洞

　　Henize 2-10位於(yu) 羅盤座（南天星座之一），距離地球約3000萬(wan) 光年，其中包含的恒星數量隻有銀河係的十分之一左右。華中科技大學物理學院教授雷衛華介紹，銀河係是原始星係不斷生長、並合的產(chan) 物，而Henize 2-10雖然經曆了漫長的宇宙演化，但仍然保留原始形態，是小尺度星係，可以視作星係的“活化石”。

　　這樣的矮星係是否也像其他星係那樣，在星係中心存在著一個(ge) 超大質量黑洞？

　　“10年前，這個(ge) 問題還是人們(men) 爭(zheng) 論的焦點。人們(men) 認為(wei) ，Henize 2-10星係核心的X射線和射電活動可能是中心黑洞吸積氣體(ti) 所致，也可能來自年輕的超新星遺跡。”雷衛華說。

　　而本次哈勃太空望遠鏡的觀測結果，為(wei) 矮星係中心是否存在大質量黑洞的爭(zheng) 論畫上了句號。此次研究揭示了從(cong) 星係核心延伸到恒星形成區的雙向外流的特殊結構。通過譜線多普勒頻移，研究人員可以測量出不同位置的外流氣體(ti) 速度，進一步顯示外流的進動。

　　此前，科學家在很多活動星係核中也觀測到過噴流的進動。理論上，噴流或外流的進動可能來自扭曲的黑洞吸積盤。雷衛華認為(wei) ，能觀測到進動的外流，就證明Henize 2-10中心必然是黑洞無疑，不可能來自超新星遺跡。

　　同時，Henize 2-10中心沒有核球，表明其中心約百萬(wan) 倍太陽質量的超大質量黑洞在核球形成之前就已存在，這與(yu) 一般正常星係和活動星係的超大質量黑洞與(yu) 其核球一起經曆不斷增長的情況不同。

　　“Henize 2-10中心的超大質量黑洞可能還保持著其嬰兒(er) 時期的模樣，極具研究價(jia) 值，可以借此複原類似銀河係中心超大質量黑洞的原始種子信息。”雷衛華說。

　　星雲(yun) 若要塌縮形成恒星，必須足夠冷和稠密。在此前的觀測和理論研究中，通常認為(wei) 從(cong) 星係中心黑洞產(chan) 生的噴流或外流在其所經之處會(hui) 不斷加熱和驅散氣體(ti) ，必將抑製恒星形成。對於(yu) 矮星係，雖然觀測到的黑洞活動樣本很少，但科學家仍持相同觀點。

　　雷衛華表示，對Henize 2-10的觀測發現卻完全相反，其中心黑洞活動產(chan) 生的外流觸發了恒星形成，這大大出乎科學家的意料。

　　與(yu) 眾(zhong) 不同的黑洞外流

　　伴隨多波段天文學的發展，科學家對星係的研究越來越深入，逐漸累積的證據表明：正常星係和活動星係中心一般都存在著一個(ge) 質量為(wei) 百萬(wan) 倍到百億(yi) 倍太陽質量的超大質量黑洞。

　　雷衛華介紹，黑洞本身並不發光，但黑洞的強引力場會(hui) 影響周圍恒星或氣體(ti) ，如超大質量黑洞會(hui) 俘獲並撕裂靠近它的恒星，吸食恒星殘骸，質量超過一億(yi) 倍太陽質量的黑洞則可以直接吞噬恒星或氣體(ti) ，形成吸積盤。

　　黑洞吸積周圍氣體(ti) 物質形成吸積盤。吸積盤上，相對中心黑洞不同距離處的物質繞轉速度不同，這些物質通過較差轉動（在不同半徑以不同的角速度繞黑洞旋轉）釋放引力勢能並加熱氣體(ti) 形成熱等離子體(ti) ，熱等離子體(ti) 會(hui) 產(chan) 生輻射。

　　雷衛華說，黑洞除了吸積物質，黑洞吸積盤係統也會(hui) 向外拋射等離子體(ti) ，產(chan) 生噴流或外流，這些現象在活動星係核和微類星體(ti) 中非常普遍。

　　噴流或外流的形成機製主要有以下3種：低吸積率吸積盤無法有效通過輻射光子來冷卻，熾熱的吸積盤會(hui) 向外拋射等離子體(ti) 形成盤風（外流）；如果吸積盤存在極強有序磁場，盤上等離子體(ti) 通過磁力線向外拋射形成外流或噴流；旋轉黑洞可通過周圍有序磁場提取黑洞的轉動能，以加速周圍等離子體(ti) 形成沿著黑洞兩(liang) 極方向準直的噴流。

　　“Henize 2-10中心黑洞產(chan) 生外流的機製可能是其中某一種，具體(ti) 是上述哪種機製主導，現在仍然不清楚。”雷衛華表示。

　　此前研究中，黑洞係統產(chan) 生的噴流或外流的速度非常接近光速，噴流、外流掃過的氣體(ti) 會(hui) 被加熱，在其路徑上的氣體(ti) 會(hui) 被驅散，這些效應顯然不利於(yu) 恒星形成。因此，科學家通常認為(wei) 黑洞噴流、外流會(hui) 抑製恒星形成，至少對活動星係而言是如此。

　　而Henize 2-10作為(wei) 矮星係，其中心黑洞產(chan) 生外流的速度非常低，大約每秒幾百公裏，相對光速而言非常慢，與(yu) 氣體(ti) 作用時也並未顯著加熱氣體(ti) ，反而其外流通過壓縮氣體(ti) ，直接產(chan) 生了觸發恒星形成的效應。基於(yu) 此，哈勃太空望遠鏡觀察到Henize 2-10雙向外流直接延伸至恒星形成區。

　　相關(guan) 鏈接

　　種子黑洞的兩(liang) 種可能來源

　　2019年4月10日，“事件視界望遠鏡”合作組公布了人類首張黑洞照片，通過黑洞陰影尺度，測量出M87這個(ge) 距離地球5500萬(wan) 光年巨橢圓星係中心的黑洞質量約為(wei) 65億(yi) 倍太陽質量。

　　華中科技大學物理學院教授雷衛華介紹，通常認為(wei) 星係中心黑洞與(yu) 星係應該是共同增長的關(guan) 係。但根本問題在於(yu) ，今天看到的星係中心超大質量黑洞，是在漫長的宇宙曆程中通過種子黑洞不斷並合或吸積物質生長而來的。

　　那麽(me) ，最初的種子黑洞是什麽(me) ？

　　目前，主流的種子黑洞模型包括“輕種子”和“重種子”兩(liang) 種。“輕種子”黑洞來自恒星演化產(chan) 物，即第一代恒星，其金屬豐(feng) 度極低，幾乎全由氫和氦組成，可達到幾百倍太陽質量，壽命隻有百萬(wan) 年，或坍縮形成100倍太陽質量左右的黑洞。“重種子”黑洞則來自原始氣體(ti) 或星團直接塌縮，可達幾千到數十萬(wan) 倍太陽質量。

　　雷衛華認為(wei) ，通過Henize 2-10，可以一窺宇宙早期原始星係和種子黑洞活動的樣子，幫助科學家更全麵地理解黑洞反饋與(yu) 星係演化的關(guan) 係。

　　來源：科技日報

歡迎掃碼關(guan) 注深圳科普！

我們(men) 將定期推出

公益、免費、優(you) 惠的科普活動和科普好物！