超大质量黑洞的尘土环可能会在银河系的中心投下阴影

这张哈勃太空望远镜拍摄的附近活跃的银河IC 5063心脏的图像揭示了来自炽热核心（超大质量黑洞的所在地）的明亮光线和暗影的混合。天文学家认为，围绕黑洞的尘土物质环可能正在将其阴影投射到太空中。根据他们的情况，当怪物黑洞发射的光撞击尘埃环时，可能会发生这种光影交互作用，该尘埃环深埋在核心内部。光线流过戒指上的缝隙，形成明亮的锥形光线。但是，磁盘中更密集的斑块会阻挡某些光线，从而在银河系中投射出长长的深色阴影。这种现象类似于太阳光在日落时刺入我们的尘埃云，形成由大气散射的光束形成的明亮光线和暗影的混合物。但是，IC 5063中出现的亮光和暗影的发生范围要大得多，拍摄时间至少为36,000光年。IC 5063距地球1.56亿光年。这些观测是在2019年3月7日至11月25日之间，由哈勃望远镜的Wide Field Camera 3和Advanced Survey for Surveys进行的。

我们的天空中一些最令人惊叹的景色发生在日落时，当阳光直射云层时，形成了由云层的阴影和大气散射的光束形成的明亮和黑暗的光线的混合物。

在NASA哈勃太空望远镜拍摄的图像中，类似的效应也吸引了研究附近银河IC 5063的天文学家。在这种情况下，可以看到一束狭窄的明亮光线和暗影从活跃星系的炽烈明亮中心发出。

由马萨诸塞州剑桥市天体物理中心/哈佛大学史密森尼分校（CfA）的彼得·麦西姆（Peter Maksym）领导的一组天文学家，将射线追溯到银河系的核心，即活跃的超大质量黑洞的位置。黑洞是密集，紧凑的空间区域，在重力的拉动下吞没了光和物质。怪物物体正在疯狂地喂食掉落的物料，并从附近的过热气体中产生强大的涌出光。

尽管研究人员已经为灯光秀开发出了几种合理的理论，但最有趣的想法是，围绕黑洞的尘土飞扬的内胎状环或圆环将阴影投射到了太空中。

根据Maksym提出的方案，黑洞周围的尘埃盘不会阻挡所有光线。圆盘上的间隙允许光线发出，形成明亮的锥形光线，类似于有时在日落时可见的光的手指。但是，IC 5063中的射线发生的范围非常大，它们的照射时间至少为36,000光年。

某些光撞击环上的密集斑块，将环的阴影投射到太空中。这些阴影表现为散布着明亮光线的深色手指形状。这些光束和阴影是可见的，因为黑洞及其环相对于银河系平面向侧面倾斜。这种对准允许光束延伸到银河系之外很远。

光与影的这种相互作用为围绕黑洞的物质分布提供了独特的见解。在某些区域，物质可能类似于散布的云。如果这种解释是正确的，则观察结果可能会间接反映出磁盘的斑驳结构。

Maksym说：“环面概念的阴影让我感到非常兴奋，因为它是一个非常酷的效果，尽管我们已经假设了，但我认为我们从未在图像中看到过这种效果。”“从科学上讲，它向我们展示了很难直接看到的东西（通常是不可能的）。我们知道应该会发生这种现象，但是在这种情况下，我们可以看到整个银河系的影响。对于任何想要了解超大质量黑洞及其周围环境行为的人来说，更多地了解圆环的几何形状都会产生影响。随着星系的发展，它的中心是黑洞。”

研究圆环很重要，因为它会将材料集中到黑洞中。如果“阴影”的解释是准确的，则暗射线提供了间接证据，表明IC 5063中的磁盘可能非常薄，这解释了为什么光从结构周围泄漏出去。

NASA钱德拉X射线天文台观察到类似的黑洞，发现X射线从圆环的孔中泄漏出来，使结构看起来像瑞士奶酪。Maksym说，孔的产生可能是由于磁盘受到内力的作用而扭曲的，从而导致磁盘翘曲。他补充说：“扭曲可能会为足够大的间隙提供足够的间隙，以使某些光线通过，并且随着圆环的旋转，光束会像穿过雾的灯塔光束一样扫过银河系。”

公民科学意外

尽管天文学家已经研究了数十年的银河系，但还是由非科学家进行的令人惊讶的发现。朱迪·施密特（Judy Schmidt）是加利福尼亚州莫德斯托的艺术家和业余天文学家，她在2019年12月重新处理哈勃对银河系的曝光时发现了暗影。施密特（Schmidt）通常会挑选哈勃（Hubble）档案库，以进行有趣的观察，以使她可以变成漂亮的图像。她在Twitter提要上与许多关注者分享了这些图像，其中包括Maksym等天文学家。

施密特从档案中选择了哈勃对IC 5063的观测，因为她对具有活跃核心的星系感兴趣。圆锥形的阴影在原始曝光中不明显，因此她很惊讶地在重新处理的图像中看到了它们。她说：“我不知道他们在那儿，甚至在处理完这些东西后，我仍然眨眨眼睛，想知道自己是否在看自己想看的东西。”

她立即​​将其图像发布到她的Twitter帐户。她解释说：“这是我从未见过的东西，即使我强烈怀疑它们是阴影射线或'云层射线'，就像彼得所称的那样，很容易让人想像力和一厢情愿的想法疯狂起来。” 。“如果我错了，我会请别人来帮助我。”

这张图片引发了她的天文学家追随者（包括对射线的起源进行辩论的马克西姆）之间的热烈讨论。马克西姆已经在分析哈勃拍摄的由银河系黑洞产生的喷射流的图像。因此，他带头研究了射线并撰写了科学论文。他的研究基于哈勃的广角相机3和高级测量相机在2019年3月和11月进行的近红外观测。红色和近红外光刺穿尘土飞扬的星系，以揭示可能掩盖在尘埃中的细节。

没有哈勃的敏锐视野，这一发现是不可能的。这个星系也相对较近，距离地球只有1.56亿光年。马克西姆解释说：“从地面上的望远镜得到的较旧图像可能暗示了这种结构，但是星系本身是如此混乱，以至于你永远都不会想到没有哈勃望远镜，这是怎么回事。”“哈勃望远镜具有清晰的图像，对微弱的事物敏感，并且具有足够大的视场以对整个星系成像。”

马克西姆希望继续他对银河系的研究，以确定他的情况是否正确。他说：“我们将继续进行调查，如果其他科学家也尝试用新的观察结果和模型来检验我们的结论，那将是很好的。”“这是一个乞讨新数据的项目，因为它提出的问题多于答案。”

研究小组的结果发表在《天体物理学杂志快报》上。

参考：W. Peter Maksym，Judy Schmidt，William C. Keel，Giusepina Fabbiano，Travis C.Fischer，Joss Bland-Hawthorn，Aaron J. Barth，Martin Elvis，Tom撰写的“来自IC 5063中高度倾斜的有源银河核的环形射线” Oosterloo，Luis C.Ho，Minmin Kim，Hyunmo Hwang和Evan Mayer，2020年10月8日，《天体物理学杂志快报》。
10.3847 / 2041-8213 / abb9b6

哈勃太空望远镜是美国宇航局与欧洲航天局（ESA）之间国际合作的项目。NASA位于马里兰州格林贝尔特的戈达德太空飞行中心负责管理该望远镜。位于马里兰州巴尔的摩的太空望远镜科学研究所（STScI）负责哈勃望远镜的科学运作。STScI由位于华盛顿特区的天文学研究大学协会为NASA运营。