【原創】窥视银河系的尘埃核心以研究一个活跃的超大质量黑洞

使用美国宇航局即将推出的詹姆斯-韦伯太空望远镜的研究人员将对附近的半人马座A星系的核心进行绘图和建模。

半人马座A是一个巨大的星系，但是它在望远镜观测中的表象可能具有欺骗性。在紫外光、可见光和近红外光中，纵横交错的黑暗尘埃通道和年轻的蓝色星团十分明显，描绘出一幅相当低调的风景。但是通过切换到X射线和射电光的视角，一个更加喧闹的场景开始展现出来。从这个错乱的椭圆星系的核心，壮观的物质喷流从其活跃的超大质量黑洞–被称为活跃的星系核–中喷发出来，将物质送入远远超出星系范围的空间。

确切地说，在它的核心发生了什么，导致了所有这些活动？欧洲航天局的Nora Lützgendorf和Macarena García Marín利用美国宇航局的詹姆斯-韦伯太空望远镜即将进行的观测，将使研究人员能够首次高分辨率地窥视它的尘埃核心，开始回答这些问题。

“Lützgendorf解释说：”半人马座A中发生的事情太多了。”该星系的气体、圆盘和恒星都在其中央超大质量黑洞的影响下运动。由于该星系离我们如此之近，我们将能够利用韦伯创建二维地图，以观察气体和恒星如何在其中心区域移动，它们如何受到来自其活跃星系核的喷流的影响，并最终更好地描述其黑洞的质量。”

快速回顾

让我们点击 “倒带”，回顾一下关于半人马座A的一些已知信息。它被研究得很好，因为它相对较近–大约1300万光年远–这意味着我们可以清楚地解析整个星系。关于它的第一份记录是在19世纪中期记录的，但是天文学家们直到20世纪50年代才失去兴趣，因为这个星系看起来是一个安静的，甚至是错位的椭圆星系。一旦研究人员能够在20世纪40年代和50年代开始用射电望远镜进行观测，半人马座A就变得更加有趣了–它的喷射器也进入了人们的视野。1954年，研究人员发现半人马座A是两个星系合并的结果，后来估计这发生在1亿年前。

随着21世纪初更多的观察，研究人员估计，大约1000万年前，它的活跃星系核向相反的方向射出了双射流。当对整个电磁波谱进行检查时，从X射线到无线电光，很明显，这个故事还有更多的内容，我们仍然需要了解。

“对任何星系的多波长研究就像洋葱的层次。每个波长都会向你展示不同的东西，”Marín说。”通过韦伯的近红外和中红外仪器，我们将看到比以前的观测更冷的气体和尘埃，并了解更多关于星系中心的环境。

韦伯数据的可视化

吕兹根多夫和马林领导的团队将不仅通过用韦伯拍摄图像来观察半人马座A，而且还通过收集被称为光谱的数据来观察，光谱将光线像彩虹一样分散成不同的波长。韦伯的光谱将揭示有关银河系中心物质的温度、速度和成分的高分辨率信息。

特别是，韦伯的近红外光谱仪（NIRSpec）和中红外仪器（MIRI）将为研究小组提供一个数据组合：一个图像加上该图像每个像素内的光谱。这将使研究人员能够从光谱中建立复杂的二维地图，帮助他们确定中心的尘埃面纱后面发生了什么–并从许多角度进行深入分析。

将这种建模风格比作对花园的分析。就像植物学家根据特定的特征集对植物进行分类一样，这些研究人员将对来自韦伯的MIRI的光谱进行分类，以构建 “花园 “或模型。”如果你从很远的地方拍一张花园的快照，”Marín解释说，”你会看到一些绿色的东西，但是通过Webb，我们将能够看到个别的叶子和花朵，它们的茎，也许还有下面的土壤。”

随着研究小组对光谱的挖掘，他们将从花园的各个部分建立地图，将一个光谱与附近的另一个光谱进行比较。这类似于根据 “茎”、”叶 “和 “花 “的比较，确定哪些部分包含哪些植物物种，因为他们要去。

“当涉及到光谱分析时，我们进行许多比较，”Marín继续说。”如果我比较这个区域的两个光谱，也许我会发现被观察到的地方包含一个突出的年轻恒星群。或者确认哪些区域既有灰尘又有热量。或者也许我们将确定来自活跃的银河系核的发射。”

换句话说，光谱的 “生态系统 “有很多层次，这将使研究小组能够更好地精确定义什么是存在的，以及它在哪里–这是由韦伯的专业红外仪器实现的。而且，由于这些研究将建立在之前的许多研究之上，研究人员将能够通过识别新的特征来确认、完善或开拓新的领域。

对半人马座A的黑洞进行称重

NIRSpec和MIRI提供的图像和光谱的组合将使研究小组能够创建半人马座A中心的气体和恒星速度的非常高分辨率的地图。”我们计划使用这些地图来模拟银河系中心的整个圆盘是如何移动的，以更精确地确定黑洞的质量，”Lützgendorf解释说。

由于研究人员了解黑洞的引力如何支配附近气体的旋转，他们可以利用韦伯的数据来衡量半人马座A的黑洞。”我期待着全面填补我们的数据，”Lützgendorf说。”我希望看到电离气体是如何表现和旋转的，以及我们在哪里看到喷流。”

研究人员还希望能有新的突破。Lützgendorf解释说：”我们有可能会发现我们还没有考虑过的东西”。”在某些方面，我们将用韦伯覆盖全新的领域。” 马林全心全意地同意，并补充说，建立在现有的大量数据上是无价的。”她说：”关于这些观察，最令人激动的方面是新发现的潜力。”我认为我们可能会发现一些东西，使我们回过头来看其他的数据，并重新解释先前看到的东西。”

对半人马座A的这些研究将作为Gillian Wright和Pierre Ferruit的MIRI和NIRSpec保证时间联合观测计划的一部分进行。韦伯的所有数据最终都将储存在巴尔的摩太空望远镜科学研究所的Barbara A. Mikulski太空望远镜档案馆（MAST），供公众查阅。

詹姆斯-韦伯太空望远镜在2021年发射时将成为世界上最重要的太空科学观测站。韦伯将解开我们太阳系的谜团，将目光投向其他恒星周围的遥远世界，并探索我们宇宙的神秘结构和起源以及我们在其中的位置。韦伯是一个由美国宇航局领导的国际项目，其合作伙伴包括欧空局（欧洲航天局）和加拿大航天局。

责任编辑：李文涵

【迎接新世纪独家编译】转载请注明出处