JWST可能在南风车星系发现了一个超大质量黑洞 _星系

JWST可能发现了天文学家长期以来一直试图探测到的东西。强大的太空望远镜在南风车星系M83中发现了超大质量黑洞的证据。图片来源：ESA/Webb、NASA和CSA、A.Adamo（斯德哥尔摩大学）和FEAST JWST团队
据《今日宇宙》（埃文·高夫）：我们知道，我们的银河系中心有一个超大质量黑洞（SMBH）。天文学家认为大多数螺旋星系都是如此，SMBH与其宿主星系共存并共同演化。然而，他们并没有在所有的螺旋中找到它们。M83，即南风车星系，一直令人困惑，因为科学家们还没有看到任何证据表明其中心存在SMBH 。JWST可能终于找到了一些。
螺旋星系是自然界中最引人注目的形状之一。让一个孩子画一个星系，他们可能会画一个螺旋。它们深深地印在好奇的人的脑海里。天文学家想要更好地理解它们是很自然的。
了解这些星系，包括我们的星系，已经取得了成果。最近，天文学家在许多螺旋星系的中心发现了SMBH 。他们认为，虽然并非所有螺旋都有SMBH，但那些有明显螺旋凸起的螺旋都有。但是当他们把望远镜转向一些应该有SMBH的螺旋时，他们什么也没发现。南风车星系（M83）就是其中之一。

南风车星系（M83）是一个大设计螺旋星系，距离我们约1500万光年。它是天文摄影师最喜欢的目标。这张图片中的紫色和蓝色显示了M83是如何随着恒星形成而燃烧的。图片来源：美国国家航空航天局、欧洲航天局和哈勃遗产团队（STScI/AURA）；致谢：W.Blair（STScI/约翰·霍普金斯大学）和R.O'Connell（弗吉尼亚大学）
每个人都知道你实际上看不到黑洞。在其事件视界之外，无法检测到任何光和信息。一旦某物消失在事件视界之外，它就永远消失了。
但是SMBH是非常巨大的物体，可以包含数百亿太阳质量。所有这些质量对其周围环境都有深远的影响，找到SMBH意味着找到这种影响的证据。
SMBH的主要证据之一是当它们积极增生物质时。当这种情况发生时，它们被称为活动星系核（AGN）。当SMBH将物质吸引到自身时，它会聚集在黑洞周围的吸积环中。这种材料会加热并释放出望远镜可以探测到的能量。然而，检测到这种能量并不是一件轻而易举的事。
有时，该地区被气体和尘埃遮挡，尽管天文学家做出了最大的努力，但他们无法探测到存在SMBH的明显能量迹象。一些星系距离我们太远，以至于探测到SMBH的机会很小，而非活动星系也很难被探测到。之前的研究表明， M83没有AGN和SMBH，或者被灰尘遮挡得太深而无法检测到。
JWST是天文学家可以使用的一种相对较新的工具，它的建造是为了比以前的任何望远镜都能更好地穿透厚厚的尘埃。《天体物理学杂志》的一项新研究提供了支持M83中SMBH的证据。它的标题是“M83中[Ne v]和[Ne vi]的JWST/MIRI探测：长期寻找活动星系核的证据？”主要作者是空间科学望远镜研究所的天文学家Svea Hernandez 。
“多年来，天文学家一直在M83中寻找黑洞，但没有成功。现在，我们终于有了一个令人信服的线索，表明可能存在一个黑洞。”-太空望远镜科学研究所的琳达·史密斯。
这项研究的重点是首次在M83核区探测到电离氖。作者说，快速的辐射冲击和由活动星系核电离的气体云可能是这些氖发射线的原因。快速辐射冲击发生在黑洞吸积盘中，以及黑洞的外流射流与周围气体碰撞时。在这项工作中，天文学家探测到了氖v和氖vi，它们是氖的高度电离形式。这些离子只有在暴露于高能光子或碰撞时才会形成。
作者解释说，历史上一直使用Ne v发射来检测AGN活动。他们写道：“MIR[Ne v]发射的功率取决于这样一个事实，即即使物体在光学中被遮挡，它也能更容易地发现AGN的存在。” 。星爆星系不能产生它。

这位艺术家的插图显示了一个被厚厚的灰尘遮蔽的AGN 。图片来源：美国国家航空航天局/喷气推进实验室加州理工学院
“我们在M83原子核中发现了高度电离的氖发射，这是出乎意料的，”主要作者Hernandez说。“这些特征需要产生大量的能量——比正常恒星能产生的能量还多。这强烈表明存在一个迄今为止一直难以捉摸的AGN 。”
这些发现归功于JWST的中红外仪器（MIRI）。太空中的灰尘颗粒通常与可见光的波长相同或更小。这意味着灰尘可以散射可见光，这就是为什么尘埃云对它不透明的原因。
然而， MIR波长比尘埃颗粒大。它们不会散射，而是可以直接穿过大多数灰尘。这类似于无线电波不被建筑物等大型物体阻挡的时间，而可见光被阻挡的时间。红外光是观测天文学中许多事物的关键，JWST就是为了利用这一事实而建造的。
斯维亚补充道：“在韦伯之前，我们根本没有工具来探测M83原子核中如此微弱和高度电离的气体特征。” 。“现在，凭借其令人难以置信的中红外灵敏度，我们终于能够探索银河系的这些隐藏深度，并发现曾经不可见的东西。”
天文学家通过MIRI穿过遮蔽M83核区的厚尘埃，在中心附近发现了高度电离的气体团块。恒星不能产生气体，因为它们的能量不够。即使是爆炸的超新星也无法做到这一点。通过消除的过程，AGN成为最有可能的解释，尽管研究人员不能确切地说M83有SMBH 。
其他可能的原因仍然存在，比如星际介质中的强大冲击波。氖的发射来自一个相当大的区域，这可能表明其来源与AGN不同。作者在论文的结论中写道：“此外，鉴于观测到的[Ne v]发射的相对扩展性，一种可行的情况可能是多种来源（冲击、高质量X射线双星、AGN）的组合，产生这些MIR线所追踪的高电离。” 。
太空望远镜科学研究所的合著者琳达·史密斯说：“韦伯正在彻底改变我们对星系的理解。” 。“多年来，天文学家一直在M83中寻找黑洞，但没有成功。现在，我们终于有了一个令人信服的线索，表明可能存在一个黑洞。”