天文学家终于测量到了黑洞眼周围肆虐的狂风

一位艺术家对被称为M87*的超大质量黑洞附近地区的描绘。然而，这些黑洞周围翻滚的超高温气体范围远比这个可视化中看到的要远。两项新研究为我们提供了关于这些黑洞周围区域及其如何影响周围星系的新见解。图片来源：uux.cn/S. Dagnello（国家放射科学组织/美国观察学会/国家科学基金会）

（神秘的地球uux.cn）据今日科学新闻：几乎每个星系的核心，包括我们自己的星系，都存在着庞大而令人不安的东西：一个超大质量黑洞。天文学家几十年来就知道它们的存在，用它们巨大的引力默默地锚定着星系。但知道某样东西存在，和理解它的作用是完全不同的。多年来，科学家们一直怀疑这些巨人对周围环境有着极大的影响，但细节依然令人沮丧地难以掌握。如今，一颗新发射的卫星揭开了真相，展现出比静态画面更为活跃和暴力的场景。

芝加哥大学研究人员带领的团队利用XRISM卫星的数据，捕捉到了迄今为止最清晰的测量数据，展示了气体如何绕绕位于巨大星系团中心的两个超大质量黑洞周围运动。天文学家首次能够直接测量这些黑洞搅动的气体动能，将长期存在的理论转化为具体且可测量的成果。一位研究人员形容，发现每个黑洞都安静地处于“自身风暴的眼”中，而周围却是一片混乱。

突破来自XRISM非凡的能力。该卫星由日本宇宙航空研究开发机构于2023年与NASA和欧洲航天局合作发射，旨在实现以往任务无法实现的任务。它可以追踪极热气体的运动和化学成分，这些气体在X射线中照射，这种气体充满了星系团。

这很重要，因为星系团绝非安静。它们充满了沸腾的气体云，同时受到多种力量的影响。直到现在，天文学家一直努力区分由黑洞引起的气体运动与其他宇宙事件驱动的运动。XRISM改变了这一点。通过精确测量入射X射线的能量，科学家能够明确区分由黑洞驱动的气体运动与其他过程引起的运动。曾经看似凝固的快照，如今展现出一个活生生、翻滚的系统。

超大质量黑洞之所以如此有影响力，其中一个原因是它们不是纯净的消费者。当气体和恒星向黑洞事件视界坠落时，并非所有物质都会消失。相反，高能粒子流以接近光速向外发射。这些喷出的气体撞击周围气体，剧烈搅动其间，向环境注入大量能量。

这种影响力的范围令人震惊。黑洞的活动不仅局限于其近邻，还能延伸数十万光年，重塑整个星系团的条件。科学家们长期以来一直认为，这种能量在控制星系生长方面起着重要作用，尤其是通过调节恒星形成。但尽管早期X射线图像中出现了这一过程的迹象，那些图像都是静态的。他们无法展示气体的移动速度或涉及多少能量。

XRISM终于为画面增添了动感。热气体中的每种元素都会发射特定能量的X射线，就像独特的原子指纹一样。通过研究这些指纹的形状，科学家可以判断气体的移动速度。出现的不是平静的环境，而是一个动荡不安的环境。

其中一项研究聚焦于室女座星系团，这是距离地球最近的星系团。其中心坐落着著名的黑洞M87*。由于星系团的距离较近，XRISM能够放大黑洞周围一个相对较小的区域，提供了异常细致的视野。

科学家们的发现令人震惊。M87*附近的气体显示出有史以来在星系团中测量到的最强烈湍流，甚至比星系团碰撞时所见的湍流更为强烈。这类合并是自大爆炸以来最剧烈的事件之一，但黑洞在这里的影响力可与之媲美。

测量显示，气体速度在靠近黑洞时最高，随后随着距离急剧下降。这一模式表明，最快的运动来自于由黑洞活动产生的湍流涡旋和喷出气体冲击波的混合。环境并非平稳流，而是像一场风暴，最猛烈的风集中在中心附近。

团队还将XRISM转向了从地球上观察到X射线天空中最亮的英仙座星系团。其强烈的X射线光辉使科学家能够绘制星团核心附近及更远处的气体运动图谱。这一更广泛的视角揭示了一场复杂的力量之舞。

在珀尔修斯，研究人员明确识别出由中心黑洞驱动的气体速度明显提升。此外，他们还看到了由另一个完全不同的事件引起的大规模运动：珀尔修斯目前正在与一串星系合并。天文学家首次能够将这些影响区分开来，逐步区分黑洞的行为与更大宇宙环境的贡献。

这种能够理清重叠过程的能力至关重要。它让科学家们能够将黑洞的作用看作不是模糊的背景效应，而是作为一种特定且可测量的能量源注入其周围环境。

这些观察直接构成了一个长期存在的谜题。天文学家注意到，大质量星系团的中心所包含的恒星数量比预期的要少。一种可能的解释是，超大质量黑洞释放的能量加热了周围的气体，阻止其冷却并坍缩成新的恒星。

新的XRISM数据使这一观点更加清晰。如果测量到的气体运动中所含能量完全转化为热能，研究人员发现这恰好足以抵消通常驱动恒星形成的快速冷却。换句话说，黑洞激起的湍流可能起到了恒星诞生的刹车作用。

这并不意味着案件已经结案。科学家们强调，是否只有这种湍流是加热过程，仍是一个悬而未决的问题。但这些发现明确指出：湍流运动是超大质量黑洞能量流入其环境的必要部分。

几十年来，黑洞一直被描绘成宇宙吸尘器，默默吞噬任何靠近的事物。XRISM呈现的画面则更加动态。这些物体不仅仅是消费者，更是强大的发动机，能够搅动、震撼并为周围的气体提供能量。它们的影响塑造了整个星系团，影响恒星的形成时间和地点。

随着XRISM持续收集数据，科学家们希望追踪这些相互作用随时间的变化，黑洞如何剧烈地向周围环境注入能量，以及这些能量最终如何转化为热量。每一次新观测都让他们更接近理解星系生长与抑制之间微妙平衡的过程。

这项研究之所以重要，是因为它将极小的极端引力尺度与宇宙中最大的结构联系起来。通过最终测量超大质量黑洞如何运动并加热周围气体，天文学家正在了解星系如何演化，为什么有些区域会闪耀新恒星，而有些则会寂静，以及宇宙如何在最宏观尺度上自我组织。曾经看似静止的画面，如今变成了一场活生生的风暴，我们首次能够测量风力。

Annie Heinrich 等，《解开英仙座星系团中多重气体动力学驱动因子》，《自然》（2026）。DOI：10.1038/s41586-025-10017-x

预印本：Hannah McCall 等，《M87 热气态大气动力学的 XRISM/Resolve 视角》，arXiv（2025）。DOI： 10.48550/arxiv.2512.06596