黑洞心脏的异常跳动

　　图片来源：X-ray: NASA/CXC/MPE/J. Sanders et al.; Optical: NASA/STScI; Radio: NSF/NRAO/VLA
　　在半人马座星系团的中心，有一个被称为NGC 4696的大型椭圆星系。更深处还有一个超大质量黑洞埋藏在这个星系的核心之内。
　　来自NASA的钱德拉X射线天文台（Chandra X-ray Observatory）和其他望远镜的新数据揭示了这个巨大黑洞的细节，它距离地球1.45亿光年。虽然黑洞本身并未被发现，但是天文学家正在研究它对其寄居的星系以及周围更大的星系团的影响。
　　在某些方面，这个黑洞类似于一颗跳动的心脏，通过动脉将血液向外泵入身体。同样，黑洞可以将物质和能量注入其宿主星系乃至更远的地方。
　　通过研究钱德拉X射线数据的详细信息，科学家们发现了NGC 4696中心超大质量黑洞产生的喷流中有高能粒子反复暴发的证据。这些暴发在充满星系团中星系际空间的热气体中产生了大量空腔。暴发也会产生激波，类似于高速飞机产生的音爆。这些激波在星系团中传播了数万光年。
　　这种复合图像包含了来自钱德拉的X射线数据（红色），其显示了星系团中的热气体，以及来自美国国家科学基金会的Karl G.Jansky甚大阵的射电数据（蓝色），显示了黑洞喷流产生的高能粒子。哈勃太空望远镜的可见光数据（绿色）显示了星系团中的星系，以及星系团外的星系和恒星。

　　图片来源：http://chandra.harvard.edu/blog/node/641
　　天文学家对X射线数据进行了特殊处理，以标明在热气体中可见的九个空腔。这些空腔在另外的的图像中被标记为A到I，黑洞的位置用十字标记。最近形成的空腔最靠近黑洞，被特别标记为A和B。
　　研究人员估计，黑洞的这些暴发（或者说“跳动”）每五百万到一千万年出现一次。除了截然不同的时间尺度之外，这些跳动也不同于典型的人类心跳，它不会以特别规律的间隔发生。
　　X射线数据的另一种处理方法显示了热气体中的一系列弯曲的、大致等间隔分布的特征。这些可能是由黑洞重复暴发产生的声波造成的。在一个星系团中，填充星系团的热气体使产生的声波得以传播（尽管频率远低于人耳所能探测的）。
　　半人马座星系团中的特征类似于在英仙座星系团中看到的涟漪。半人马座的音调极其低沉，这个音调对应于比中央C（261.626 Hz）附近低大约56个8度的不和谐音；相对于英仙座来说略高（大约八度）。对这些弯曲特征的其他解释包括湍流或磁场的影响。
　　黑洞暴发似乎也提升了在超新星暴发中产生的元素富集气体的量。关于半人马座星系团的这项研究的作者者创建了一个地图，显示出了比氢和氦更重的元素的密度。地图中更亮的颜色显示了重元素密度最高的区域，较暗的颜色显示了重元素密度较低的区域。因此，重元素密度最高的区域位于黑洞的右方。黑洞附近的重元素密度较低，这与通过黑洞相关的活动将元素富集气体排出星系团中心的结论相一致。黑洞产生的能量也能够阻碍大量热气体冷却。同时这也阻碍了大量的恒星在气体中形成。
　　阐述这些结果的论文发表在在《“皇家天文学会月刊》”2016年3月21日刊上，并可在线查阅。第一作者是来自德国加尔辛的马克斯·普朗克地外物理研究所的杰里米·桑德斯（Jeremy Sanders）。
　　NASA在阿拉巴马州亨茨维尔的马歇尔太空飞行中心管理着NASA在华盛顿的科学任务局的钱德拉计划。马萨诸塞州坎布里奇（Cambridge）的史密松天体物理天文台（Smithsonian Astrophysical Observatory）控制着钱德拉的科研和飞行。

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