天文学家发现一种新型的类星体

落向类星体（黑洞周围的吸积盘）的气体的插图。黑洞太小而看不见，它位于绕动的气体盘的中心。气体粒子越靠近黑洞，其运行轨道越快。粒子之间的碰撞将气体加热到中心附近的高温（蓝色和白色），而温度更低的温度则进一步升高（黄色和橙色）。箭头显示气体云向黑洞坠落。云离我们越快，多普勒效应就会使它们越发红移。在某些类星体周围的吸收中，可能首次检测到此类降落的云。约克教授Patrick Hall的插图

天文学家利用斯隆数字天空调查（Sloan Digital Sky Survey）的数据，发现了一种新型的类星体，其中的气体似乎正在向远离类星体的黑洞的方向移动。

由约克教授帕特里克·霍尔（Patrick Hall）领导的一组研究人员发现了遥远星系中发生的一些奇怪现象，观察到几例气体以高速“坠入”黑洞的情况。

霍尔说：“陷入黑洞也许并不令人惊讶，但事实上，我们发现这是非常神秘的，并且不是当前理论所预测的。”

Hall和同事使用来自大型夜空调查（称为Sloan数字天空调查）（特别是SDSS Legacy调查和SDSS-III重子振荡光谱调查）两个组成部分的数据，发现了一种新型的类星体，其中天然气似乎正朝着类星体的黑洞前进。

天文学家十多年来一直知道，每个大星系的中心都有一个超大质量的黑洞，其质量是太阳质量的数百万倍至数十亿倍。这些黑洞周围的物质形成的圆盘大于地球绕太阳公转的轨道，并且比太阳表面热。这些被称为类星体的热气碟产生的光足以在整个可观测的宇宙中看到。

霍尔说：“圆盘中的气体最终必须落入黑洞为类星体提供动力，但很难确认气体是否确实从圆盘中流入。”“相反，经常看到的是类星体的热量和光将气体从黑洞吹走，以高达光速20％的速度向我们驶去。这些风会影响类星体周围的星系，并且是包括我本人在内的当前天文学研究的活跃主题。”

“就像您可以使用多普勒频移发出声音来判断飞机是远离您还是向您移动一样，我们也可以使用多普勒频移获取光线来判断类星体中的气体是在远离我们还是向我们移动，”他说。该研究的合著者，宾夕法尼亚州立大学的杰出研究教授尼尔·布兰特（Niel Brandt）。“在这些物体中，有些气体同时在做，尽管大多数气体都在远离我们。”

类星体的风能模型无法预测这类物体，天文学家也不会寻找它们。霍尔说：“实际上，我是十年前发现的第一个病例，但认为必须有其他解释。直到一天，没人知道这些物体是什么，而在寻找其他物体时，我发现了一个物体，这只能解释为类星体周围的气体以极高的速度远离我们。

往和远离我们的气体云彩的例证，由吸积盘现出轮廓。显示了与上一个p相同的吸积盘，这次箭头显示的气体云正好在盘上方绕行（并缓慢向外移动）。当气体云在轨道上远离我们时，它们会因多普勒效应（红色箭头）而发生红移。当云层在轨道上向我们移动时，它们是蓝色偏移的（蓝色箭头）。这种“光学错觉”可能解释了天文学家对黑洞附近红移气体云的观察，而实际上并未使云掉入黑洞。约克教授帕特里克·霍尔的插图。

在10,000个类星体中仅发现约1种此类气体，并且仅已知17种。牛津大学出版社出版的《皇家天文学会月刊》杂志上的同行评审论文中详细介绍了这一发现。

考虑到类星体中黑洞的强烈重力，为什么发现气体落入类星体中会令人惊讶呢？

霍尔说：“如果气体掉入黑洞，那么我们不明白为什么很少见到有气体进入。”“这些类星体没有其他异常之处。如果可以看到有气体掉入其中，那为什么不进入其他类星体呢？”

霍尔补充说：“对于这些物体，我们还有另一种可能的解释。可能是远离我们的气体没有落入黑洞，而是在热气圆盘上方绕它公转，并逐渐被驱离黑洞。像这样的风将显示气体向我们和远离我们的方向移动。打个比方：假设一只蚂蚁在旋转的旋转木马上从中心爬到边缘。您会看到蚂蚁向您移动的时间大约是一半，而离开您的时间大约是一半。同样的想法可能适用于这些类星体中的气体。无论哪种情况，这些类星体中的气体都以不寻常的方式运动。”

霍尔说，类星体及其风的模型将不得不修改以解决这些问题。为了帮助理解需要进行什么修订，霍尔和他的学生及同事正在使用加拿大和美国使用的夏威夷双子北望远镜来进一步观察这些类星体。

“去年夏天，我有一个学生开始分析我们对双子座北的观测结果，我们希望很快就能更好地理解这些天体！”霍尔说。

出版物：P. B. Hall等人，“具有红移谷的宽吸收线类星体：是高速进入还是旋转主导的流出？”，MNRAS，2013年，第434页（1）：222-256； doi：10.1093 / mnras / stt1012

研究报告的PDF副本：具有红移槽的宽吸收线类星体：高速流入或旋转为主的流出？

图片：帕特里克·霍尔