據美國國家射電天文觀測台(NRAO)報道,天文學家利用超大射電望遠鏡陣列(VLA)首次直接拍攝了超大質量黑洞周圍的圓環狀塵埃結構的圖像,成功驗證了約40年前對這種天體的理論預言。

甚大天線陣列(Very Large Array,VLA)是由27台25米口徑的天線組成的射電望遠鏡陣列,位於美國新墨西哥州的聖阿古斯丁平原上,海拔2,124米,是世界上最大的綜合孔徑射電望遠鏡。

科學家研究了Cygnus A,一個離地球約7.6億光年的射電星系。其核心有一個超大質量黑洞,大約有25億個太陽質量。由於黑洞強大的引力吸積了周圍的物質,從而產生的強大能量推動了幾乎以光速向外傳播的高能噴流,形成了明亮的射電瓣。

由黑洞「中心引擎」驅動的星系核心以及高能噴流在各種波段下都顯得非常明亮,甚至遠遠超出星系全部恆星的輻射。但在觀測中它們表現出不同的特性。這些差異導致了各種名稱,如類星體或燿變體等等。為了解釋這些差異,科學家構建了一個「統一模型」,認為這些天體本質上都是一種被稱為活動星系核(AGN)的天體,只是觀測角度不同而顯現出差異。

統一模型包括中心黑洞及其吸積盤,圍繞黑洞的塵埃環,以及向外發射的噴流。塵埃環很厚,可以阻擋星系核以及噴流的輻射。當從側面觀察時,塵埃環還遮蔽了一部份輻射,導致觀察者看到明顯不同的輻射特徵。

「塵埃環是AGN現象的一個重要組成部份,並且有證據證明附近較暗的AGN具有這種結構,但我們從來沒有直接看到過一個非常明亮的射電星系具有這種結構。」來自NRAO的首席科學家Chris Carilli說。

「Cygnus A是離我們最近的最強大的射電星系之一。這使我們能夠從星系核心的高清VLA觀測圖像中找到塵埃環,「NRAO的科學家Rick Perley說道,「在更暗和更遠的天體上做更多這類工作幾乎肯定需要大幅提高靈敏度和分辨率,比如下一代超大望遠鏡陣(ngVLA)就可能做到。」

VLA觀測直接揭示了Cygnus A塵埃環中的氣體,其半徑接近900光年。

「終於看到我們長期以來認為存在的東西的直接證據,這真的很棒,」Chris Carilli說。「為了更準確地測量塵埃環的形狀和成份,我們需要進一步觀察。例如,阿塔卡馬大毫米/亞毫米波陣列(ALMA)可以觀察到直接顯示塵埃的波長,」他補充道。

科學家在《天體物理學雜誌快報》上發表了他們的研究結果。◇