NASA的韦伯带来前所未有的环形星系核心探查

（神秘的地球uux.cn）据美国国家航空航天局：环形星系是一个距离约1300万光年的星系，包含一个活跃的超大质量黑洞，持续影响其演化过程。来自黑洞最近的区域最大的红外光源被认为是向外喷射的超热物质流。

这张来自NASA哈勃太空望远镜的图像展示了环形星系。NASA詹姆斯·韦伯太空望远镜拍摄的其核心特写显示，气盘形圆盘的内侧面在红外光下发光。外环呈现为暗色斑点。图片：uux.cn/NASA、欧洲航天局、CSA、恩里克·洛佩兹-罗德里格斯（南卡罗来纳大学）、迪帕什里·塔特（STScI）;图像处理：Alyssa Pagan（STScI）;致谢：美国国家科学基金会NOIRLab，CTIO

现在，NASA詹姆斯·韦伯太空望远镜的新观测数据（这里与NASA哈勃太空望远镜的新图像）提供了证据，推翻了这种看法，表明大部分高温尘埃物质实际上是在滋养中央黑洞。用于收集这些数据的技术还可能分析其他附近黑洞的出流和吸积成分。

这项研究包括韦伯拍摄的最清晰的黑洞周围环境图像，该图像于周二发表在《自然》杂志上。

像Circinus这样的超大质量黑洞通过吞噬周围物质保持活跃。落下的气体和尘埃在黑洞周围聚集形成一个甜甜圈形的环形环，称为环面。当超大质量黑洞从环面内壁收集物质时，它们形成了一个吸积盘，类似于水在排水口周围旋转的漩涡。该盘通过摩擦变得更热，最终热到足以发光。

这种发光物质亮度极高，以至于用地面望远镜解析星系中心的细节变得困难。由于Circinus内明亮而隐蔽的星光，这让这一切变得更加困难。此外，由于环面极其致密，黑洞加热的内层物质区域对我们的视角是被遮蔽的。几十年来，天文学家们一直在应对这些困难，利用尽可能多的数据设计和改进Circinus模型。

这位艺术家的概念描绘了Circinus星系的中央引擎，想象出由厚重尘埃覆盖的环形结构供给的超大质量黑洞，该环形体在红外光下发光。艺术作品：uux.cn/NASA、欧洲航天局、CSA、拉尔夫·克劳福德（STScI）

南卡罗来纳大学的首席作者恩里克·洛佩斯-罗德里格斯表示：“为了研究超大质量黑洞，尽管无法解析它，他们必须在较长范围内获得银河系内区域的总强度，然后将这些数据输入模型。”

早期模型会匹配特定区域的光谱，比如环面发射的光谱、靠近黑洞的吸积盘发射的发射，或是流出的光谱，每种光谱都被探测到在特定波长的光。然而，由于该区域无法完全解析，这些模型在多个波长上留下了疑问。例如，有些望远镜能探测到过量的红外光，但分辨率不足以确定其具体来源。

洛佩兹-罗德里格斯说：“自90年代以来，无法解释活动星系核心热尘埃产生的过量红外辐射，这意味着模型只考虑环面或溢出，但无法解释这种过剩。”

这些模型发现，靠近中心的大部分发射（因此质量）来自外流。因此，为了验证这一理论，天文学家需要两样东西：能够过滤此前阻碍更深入分析的恒星光，以及能够区分环形的红外辐射与流出的红外辐射。韦伯敏锐且技术先进，能够应对这两项挑战，是推动我们理解的必要人物。

为了观察Circinus中心，Webb需要其近红外成像仪（NIRISS）仪器上的孔径掩蔽干涉仪工具。

在地球上，干涉仪通常以望远镜阵列的形式出现：镜子或天线协同工作，就像一台望远镜一样。干涉仪通过收集并组合指向的光源，使构成光的电磁波相互“干涉”（因此称为“干涉仪”），形成干涉图样。天文学家可以通过分析这些模式，以比非干涉测量技术更详细地重建远处天体的大小、形状和特征。

孔径遮罩干涉仪使韦伯成为一组较小望远镜的阵列协同干涉仪，自行产生干涉图样。它通过利用一个由七个小六边形孔组成的特殊孔径实现这一点，这些孔和摄影一样，控制进入探测器的光量和方向。

墨西哥国立大学的合著者Joel Sanchez-Bermudez说：“这些面罩上的孔被转化为小型光收集器，引导光线向相机探测器方向，形成干涉图案。”

凭借新数据，研究团队能够从中央区域的干扰图样中构建出图像。为此，他们参考了之前观测的数据，确保韦伯的数据没有任何伪影。这促成了首次来自太空红外干涉仪的星系外观察。

桑切斯-贝尔穆德斯说：“通过使用相机的先进成像模式，我们可以在更小的天空区域内有效地将分辨率翻倍。”“这让我们能看到双倍清晰的图像。与韦伯的6.5米直径不同，我们就像用一台13米的太空望远镜观测这个区域。”

数据显示，与模型预测的红外过剩来自外流相反，Circinus热尘埃中约87%的红外辐射来自靠近黑洞的区域，而不到1%来自热尘埃排放。剩下的12%来自更远的距离，之前无法区分。

“这是首次使用高对比度韦伯望远镜模式来观测星系外天体，”论文合著者、太空望远镜科学研究所高级研究科学家朱利安·吉拉尔说。“我们希望我们的工作能激励其他天文学家使用孔径掩蔽干涉仪模式，研究任何明亮天体附近微弱但相对较小的尘埃结构。”

虽然Circinus过量辐射之谜已经解开，但我们的宇宙中仍有数十亿个黑洞。团队指出，不同光度的辐射可能影响大部分辐射来自黑洞环面还是其流出。

“Circinus吸积盘的固有亮度非常中等，”Lopez-Rodriguez说。“所以辐射以环面为主是合理的。但也许，对于更明亮的黑洞，辐射主要由外流能量主导。”

通过这项研究，天文学家现在拥有了经过验证的技术，可以研究任何他们想要的黑洞，只要它们足够明亮，使孔径掩蔽干涉仪发挥作用。研究更多目标对于建立发射数据目录至关重要，以确定Circinus的结果是独特还是具有某种模式特征。

“我们需要黑洞的统计样本，也许十几到二十多个，以了解它们吸积盘中的质量及其流出与其能量的关系，”洛佩兹-罗德里格斯说。

詹姆斯·韦伯太空望远镜是世界上最重要的空间科学天文台。韦伯正在解开太阳系中的谜团，展望其他恒星周围遥远的世界，探究宇宙的神秘结构、起源以及我们在其中的位置。韦伯是NASA与其合作伙伴欧洲航天局（ESA）和加拿大航天局（CSA）共同领导的国际项目。