磁涡旋可能有助于形成超大质量黑洞

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艺术家对ESO320-G030星系中心超大质量黑洞周围螺旋状磁风的印象。彩色线条显示风的旋转运动（蓝色朝向我们，红色远离我们）。（图片来源：M.D.Gorski/Aaron Geller/西北大学/CIERA。）

据美国太空网（Keith Cooper）：黑洞把所有东西都拉了进来，这有点像神话。由于强大的磁场能够将带电粒子从黑洞的吸积盘中悬浮出来并加速它们离开，许多发现自己落入黑洞的物质实际上被吐了出来。

在很长一段时间里，人们的假设是，这种物质从黑洞附近径向流出，要么通过被磁场准直的穿透射流，要么通过从热盘发出的辐射流上升的物质。然而，这一理论的核心始终存在一点悖论：如果黑洞周围的环境善于将物质从危险中清除，那么超大质量黑洞如何能够以足够的物质为食，生长到其数百万甚至数十亿倍于太阳质量的巨大质量？

现在，对位于1.2亿光年外的活动星系ESO320-G030的观测可能刚刚提供了答案。基本上，在遥远的星系中，人们发现了一个螺旋状的磁涡旋，它围绕着一个超大质量黑洞旋转，创造了让黑洞贪婪进食的条件。

美国西北大学的马克·戈尔斯基领导的天文学家利用智利的阿塔卡马大型毫米/亚毫米阵列（ALMA）探测到了磁流体动力学外流——换句话说，磁风——吹出的氰化氢气体。氰化氢本身并不是特别重要，但通过代表系统中剩余的分子气体，它可以作为ALMA检测的代理。

瑞典查尔默斯理工大学的苏珊娜·阿尔托在一份声明中表示：“我们想测量星系核心风携带的分子发出的光，希望追踪风是如何由一个正在增长或即将增长的超大质量黑洞发射的。”。“通过使用ALMA，我们能够研究来自厚厚的灰尘和气体层后面的光。”

ALMA能够检测到氰化氢亚毫米无线电发射中的多普勒效应，这使戈尔斯基的团队能够追踪气体的运动。他们发现，它是由旋转的磁风携带的，而不是预期的活跃黑洞的典型径向外流。这对黑洞的进食方式有很大影响。

戈尔斯基说：“在我们的观测中，我们看到了旋转风的明确证据，它有助于调节星系中心黑洞的生长。”。

当物质——气体和尘埃——接近黑洞时，它首先聚集在一个旋转的吸积盘中，吸积盘与磁场交织在一起，随着磁场的增加，磁场会变得越来越强。通常，它们能够将带电粒子从圆盘中提起，并在聚焦的、磁准直的射流中将它们推开。圆盘也变得非常热，辐射达到数百万度，这种辐射的流出也可以将物质从黑洞中推开。

然而，旋转的磁风是不同的。阿尔托说：“我们可以看到风是如何形成螺旋结构的，从星系中心滚滚而出。”。

戈尔斯基和阿尔托的研究论文将磁风描述为“壮观”。这是因为，虽然旋转风可以将带电粒子从磁盘中提升出来，但风也会窃取磁盘的一些角动量，因为它也在旋转。这导致吸积盘的旋转变慢，而且，由于物质不再像在吸积盘中那样快速移动，黑洞的引力能够将更多的物质拉过视界。随着更多的物质落入黑洞，这使得黑洞的生长速度比其他情况下更快。

通过允许更多的物质落入超大质量黑洞，这种旋转的磁风可能是解开AGN（一种活跃的星系核，是一个处于疯狂进食中的超大质量黑洞）如何开启的关键，促使星系在最极端的情况下变成类星体。

戈尔斯基说：“现在我们知道该寻找什么了，下一步就是找出这种现象有多普遍。”。“如果这是所有拥有超大质量黑洞的星系都要经历的阶段，那么它们接下来会发生什么？关于这个过程的所有问题都远未得到回答。”

这项研究于4月发表在《天文学与天体物理学》杂志上。