来自遥远类星体的接近光速的黑洞风，揭示了有史以来最强大的喷射流之一
多相AGN驱动风的艺术视角，突出了出流过程中涉及的不同阶段和尺度。图片来源：博洛尼亚大学
（神秘的地球uux.cn）据今日科学新闻：在宇宙增长巅峰期观测到的遥远类星体中，探测到两股巨大的气体流以高达光速的30%速度从超大质量黑洞中疾驰而出。这一发现揭示了有史以来最强大的超高速外流之一，并罕见地揭示了黑洞如何调节整个星系的演化。
在大爆炸近20亿年后，一个超大质量黑洞周围发生了非凡的事情。当黑洞贪婪吞噬物质的同时，它也向太空发射了巨大的风——这些风流如此强大，以至于天文学家现在将其列为有史以来最极端的之一。
利用XMM-Newton和NuSTAR的观测，研究人员发现有两股不同的气体流以惊人的速度从黑洞爆发。他们的研究成果于6月3日提交到arXiv预印本服务器的论文中概述，同时也提交给《天文学与天体物理》（目前正在小幅修订中），为黑洞风能够呈现复杂的层次结构提供了新的证据。
探测极端黑洞风的指纹
超大质量黑洞不仅仅是将物质向内拉。当它们大量进食时，还能将强风从吸积盘周围区域向外推送。
当这些流出速度超过光速的10%时，被称为超高速喷流（UFOs）。科学家认为，这些风在塑造星系中扮演着重要角色，通过向周围气体注入能量。这一过程可以加热这些气体，减少恒星形成，甚至可能完全停止星系的生长。
天文学家通过X射线中的风特征探测到这些风。流出中的高度电离铁吸收特定的X射线能量，导致观测光谱出现特征性低谷。由于气体以极高速度向地球移动，这些吸收特征似乎被转移到更高的能量，使研究人员能够测量风速。
超越引力透镜类星体的视角
许多此前对遥远UFOs的探测依赖于引力透镜类星体。在这些系统中，前景星系会放大类星体的光线，使其更容易观测。
虽然这种放大很有用，但也可能带来不确定性。
为了研究普通无透镜类星体中的超高速外流，由博洛尼亚INAF的Giorgio Lanzuisi领导的团队启动了WISSHFUL观测项目。这项为期多年的XMM-Newton项目聚焦于15个超光度类星体，位于被称为宇宙正午的时代，当时星系和黑洞增长最快。
来自宇宙正午的超光度类星体
该项目的第一个目标被称为WISSH13，红移为3.294，意味着天文学家观察到的红移是大爆炸后大约20亿年后的状态。
其中心是一个质量约为20亿太阳的黑洞。该天体以异常的速度消耗物质，亮度约为其质量黑洞预期的三倍。
为了详细分析该系统，研究人员将2024年10月的观测数据与2017年收集的档案XMM-Newton数据结合起来。结果是高质量的X射线光谱，揭示了两种不同的吸收特征。
进一步建模表明，这两个特征都起源于同一个超高速流出，但代表两个独立的速度分量。
其中一个成分以大约10%的光速运动，而第二个则达到了光速的惊人30%。
层状风结构的证据
这两个风分量随着时间表现不同。
较慢的成分在2017年和2024年的观测中都出现过，表明它是类星体的一个持续特征。然而，较快的成分仅在较新的观测中被检测到，表明它可能在较短的发作中产生。
研究人员认为，这种模式表明出流比单一均匀风更为复杂。
他们的观察与预测分层结构的理论模型相符。在这种情况下，一个快速移动的内层区域，有时被称为“脊柱”，从吸积盘的最内层发射出来。其周围是一个较慢的“鞘”，起源于较远的黑洞。
这一发现为这种分层排列提供了观测支持，并表明多层风层可以共存于活跃供食黑洞周围。
有史以来最强大的UFOs之一
这些外流规模令人惊讶。
这两个风的分量合起来，每年分别喷射约21和24个太阳质量的物质。这些数值使他们成为已知最大规模、最有能量的超快速流出股之一。
检测结果也树立了新的标杆。根据该研究，这是迄今为止在无透镜类星体中探测到的最高红移UFOs。
尽管这些风威力巨大，研究人员发现这些风仍遵循与距离地球更近的活跃星系相同的尺度关系。这种一致性表明，类似的物理过程可能支配着黑洞驱动的流出，跨越了广泛的宇宙环境和时代。
为什么这很重要
这一发现为我们提供了一个罕见的窗口，了解超大质量黑洞如何在宇宙最重要的增长阶段之一产生影响。
通过识别出一个遥远且无透镜类星体中强大的层状超快速溢流，天文学家获得了有价值的证据，表明黑洞反馈在宇宙正午时已达到全力运行。这些风被认为通过将大量能量重新分配到周围环境，有助于调节黑洞的生长和星系的演化。
研究结果还表明，现有的X射线天文台能够揭示遥远宇宙中的这些极端现象，而未来如计划中的新雅典娜天文台等任务可能会揭示更多。每一次新的探测都将帮助科学家更好地理解黑洞和星系在宇宙历史中是如何共同演化的。
