（主圖）插圖顯示了黑洞爆發(fā)時(shí)（上插圖）XMM-Newton在X射線中看到的NGC 4945（下插圖）可見光中的同一星系（圖片來源:uux.cn/美國國家航空航天局/JPL-加州理工學(xué)院/韋弗等人2024年，歐空局/XMM-Newton）
（神秘的現(xiàn)超地球uux.cn）據(jù)美國太空網(wǎng)（羅伯特·李）：美國國家航空航天局科學(xué)家觀察到一塊令人驚嘆的宇宙化石，它是大質(zhì)洞爆500多萬年前一個(gè)超大質(zhì)量黑洞爆發(fā)時(shí)產(chǎn)生的。
航天局戈達(dá)德太空飛行中心的量黑研究小組在美國國家航空航天局錢德拉X射線天文臺(tái)的幫助下，使用X射線多鏡任務(wù)（XMM-Newton）太空望遠(yuǎn)鏡發(fā)現(xiàn)了X射線，發(fā)產(chǎn)這些X射線勾勒出了距離半人馬座1300萬光年的宇宙相對較近的螺旋星系NGC 4945中的冷氣體云。
當(dāng)氣體從中心黑洞周圍爆發(fā)時(shí)，化石似乎已經(jīng)撕裂了銀河系。科學(xué)中心黑洞的現(xiàn)超質(zhì)量相當(dāng)于大約160萬個(gè)太陽，目前以周圍的大質(zhì)洞爆物質(zhì)為食，為稱為活動(dòng)星系核（AGN）的量黑明亮星系引擎提供動(dòng)力。
這種超大質(zhì)量黑洞形成的發(fā)產(chǎn)氣體是坍縮產(chǎn)生恒星的原材料。因此，宇宙這些發(fā)現(xiàn)可以幫助科學(xué)家更好地理解超大質(zhì)量黑洞是化石如何影響其周圍環(huán)境并引導(dǎo)星系演化的。超大質(zhì)量黑洞的科學(xué)質(zhì)量可以增長到太陽的數(shù)十億倍。
“科學(xué)界正在就星系如何演化進(jìn)行辯論。我們在幾乎所有銀河系大小的星系中心都發(fā)現(xiàn)了超大質(zhì)量黑洞，一個(gè)懸而未決的問題是，與恒星形成的影響相比，它們的影響有多大，”戈達(dá)德天體物理學(xué)家兼團(tuán)隊(duì)負(fù)責(zé)人金伯利·韋弗在一份聲明中說。研究NGC 4945這樣的鄰近星系有助于我們建立更好的恒星和黑洞如何產(chǎn)生星系變化的模型。我們認(rèn)為NGC 4945正處于過渡期。"
一個(gè)活躍的恒星誕生星系
雖然大多數(shù)星系的中心都有一個(gè)超大質(zhì)量黑洞，但并非所有這些宇宙巨人都在吸積物質(zhì)，它們的引力影響也沒有攪動(dòng)周圍的物質(zhì)，從而產(chǎn)生AGN所需的劇烈條件。
像NGC 4945這樣擁有活動(dòng)星系核的星系被稱為“活動(dòng)星系”，活動(dòng)星系核通常比整個(gè)星系中的所有恒星加起來都要亮。但有時(shí)這些活躍星系中心呈環(huán)形或“圓環(huán)”狀的厚塵埃密度足夠大，至少遮住了外部觀測者從AGN發(fā)出的部分光線。
然而，光并不是活動(dòng)星系中心活動(dòng)星系核的唯一發(fā)射物；沒有被送入黑洞進(jìn)行處理或“吸積”的物質(zhì)可以通過磁場被引導(dǎo)到黑洞的兩極。從這里開始，這些粒子被加速到接近光速的速度，并噴射出可以延伸數(shù)千光年的射流。此外，粒子可以通過強(qiáng)大的氣體和塵埃風(fēng)逃離活動(dòng)星系中的活動(dòng)星系核。

歐洲南方天文臺(tái)的2.2米望遠(yuǎn)鏡看到的星系NGC 4945，粉紅色的恒星形成區(qū)域清晰可見，其中心AGN被塵埃遮住（圖片來源:uux.cn/歐洲南方天文臺(tái)）
擁有一個(gè)超大質(zhì)量黑洞驅(qū)動(dòng)的AGN并不是NGC 4945區(qū)別于銀河系等其他更安靜星系的唯一原因。這個(gè)附近的螺旋星系也被歸類為“恒星暴增星系”，這表明它正在經(jīng)歷恒星形成的強(qiáng)烈爆發(fā)。
據(jù)估計(jì)，NGC 4945正在以每年18顆類太陽恒星的速度形成恒星體，比銀河系的恒星形成速度快3倍。這種恒星誕生主要集中在銀河系的中心，只有當(dāng)恒星誕生的原材料，涼爽而稠密的氣體云耗盡時(shí)才會(huì)結(jié)束。這一過程預(yù)計(jì)需要1000萬至1億年。
在NGC 4945中發(fā)現(xiàn)一塊錯(cuò)位的宇宙化石
用歐洲航天局（ESA）的XMM-Newton望遠(yuǎn)鏡觀察NGC 4945時(shí)，韋弗和他的團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)了一種稱為鐵K-α線的特征，這種特征發(fā)生在中心超大質(zhì)量黑洞周圍物質(zhì)發(fā)出的高能X射線擊中銀河系其他地方的冷氣體時(shí)。
鐵線通常出現(xiàn)在有AGN的星系中，但這次觀察讓研究小組大吃一驚，因?yàn)樗⒉幌袼麄冾A(yù)期的那樣靠近中心黑洞，也不像現(xiàn)有理論認(rèn)為的那樣應(yīng)該靠近。
NGC 4945是從地球的有利位置上從側(cè)面看到的，這意味著美國國家航空航天局的科學(xué)家能夠在銀道面上追蹤這條鐵線32，000光年，在傾斜的銀河系中追蹤16，000年。
“錢德拉繪制了其他星系中的鐵K-α。在這次研究中，它幫助我們研究了云中的單個(gè)明亮X射線源，以幫助我們排除黑洞之外的其他潛在來源，”團(tuán)隊(duì)成員、戈達(dá)德詹娜·坎恩的博士后研究員說。“但是NGC 4945的譜線離它的中心太遠(yuǎn)了，我們需要XMM-Newton的大視野才能看到它的全部。"

（左）與XMM-Newton一起在NGC 4945中看到的Kα線。（右）其他來源被過濾掉，包括來自AGN的X射線，來自鐵的信號(hào)仍然存在，顯示了冷氣體的位置（圖片來源:uux.cn/Weaver等人2024年，歐空局/XMM-Newton）
研究小組推測，造成這一非凡特征的原因是500萬年前NGC 4945超大質(zhì)量黑洞爆發(fā)的粒子射流。他們認(rèn)為這個(gè)噴射流可能是定向的，所以它穿過銀河系而不是從銀河平面逃逸。
這次爆發(fā)導(dǎo)致了一場超強(qiáng)的風(fēng)，這場風(fēng)仍然在我們今天看到的NGC 4945中吹拂，它也可能引發(fā)了銀河系的強(qiáng)烈恒星爆發(fā)期。
該團(tuán)隊(duì)現(xiàn)在將繼續(xù)觀察NGC 4945，并尋找其他顯示中央黑洞如何影響銀河系演化的線索。他們還將調(diào)查來自中心區(qū)域的X射線是否能夠驅(qū)散冷氣體，最終接近密集的恒星形成并熄滅NGC 4945的恒星爆發(fā)階段。
研究小組成員、戈達(dá)德天體物理學(xué)家埃德蒙·霍奇斯-克拉克說:“有大量證據(jù)表明，黑洞在一些星系中扮演著重要角色，決定著它們的恒星形成歷史和命運(yùn)。”“我們研究了許多星系，比如NGC 4945，因?yàn)楸M管黑洞之間的物理性質(zhì)幾乎相同，但它們對各自星系的影響卻大不相同。”
“XMM-Newton幫助我們發(fā)現(xiàn)了一個(gè)我們不知道要尋找的銀河系化石——但這可能只是許多化石中的第一個(gè)。”霍奇斯-克盧克繼續(xù)說道。
1月11日星期三，韋弗在路易斯安那州新奧爾良舉行的第243屆美國天文學(xué)會(huì)會(huì)議上介紹了該團(tuán)隊(duì)的發(fā)現(xiàn)。