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图1用欧洲南方天文台的超大望远镜在光学波长(左)观察到的螺旋星系NGC 1097和在ALMA观测到的中心2100光年(右)ALMA观测揭示了中心黑洞周围和周围的灰尘的强烈发射核星爆环星形标志显示近红外发射峰的位置,反映恒星形成活动,而中心加号显示6 cm波长的无线电发射位置,来自活跃的超大质量黑色ALMA图像中的发射峰位置与6 cm发射的发射峰位置一致

这确保ALMA检测到中心黑洞附近的发射信用:ESO,ALMA(ESO / NAOJ / NRAO),T Izumi使用阿塔卡马大毫米/亚毫米阵列,一组科学家在星系NGC 1的中心捕获了一个活跃的超大质量黑洞周围的高密度分子气体的详细图像097由东京大学二年级硕士生Takuma Izumi和东京大学教授Kotaro Kohno领导的国际研究小组成功捕获了活跃周围高密度分子气体的详细图像位于星系中心的超大质量黑洞,称为NGC 1097,具有最高的灵敏度

观测结果表明,有一种独特的化学成分,其特征是黑洞周围的氰化氢(HCN)增强,这将是由高温引起的黑洞周围环境的加热预计这种关注黑洞周围独特分子的发射频率差异的新方法可能为“寻找隐藏的黑洞”开辟道路,这是一个阴云密布的尘埃粒子和光学隐形的研究背景随着观察研究的最新进展,已经发现许多星系在它们的中心包含一个超大质量黑洞(* 1)然而,现代天文学尚未发现这种大质量黑洞的形成过程

研究结果表明,超大质量黑洞的质量大致与中心黑洞的质量成正比

银河系的一部分(银河系隆起)这意味着更高质量的星系具有更高质量的黑洞一个银河系的凸起被认为是通过与其他星系的大量合并和碰撞而演变而来的,这将使大量的星际物质(* 2)进入银河系中心和黑洞的演化为了研究星系和黑洞的“共同进化”,有必要研究所有年龄段的黑洞质量以及流入周围的星际分子的运动学

黑洞然而,我们要做的第一件事是通过观察确认在银河系中心存在黑洞一些​​类似的黑洞探测方法到目前为止,在光学/红外光谱中也提出过s,但一个关键问题是这些波长的发射被星际尘埃粒子吸收,尽管更活跃的黑洞含有更多的尘埃粒子

这意味着传统的探测方法难以找到黑色在其演化过程最活跃阶段的洞该研究小组的目标是建立一种新的勘探方法,使用可在毫米/亚毫米波长(* 3)毫米/亚毫米波观测的各种分子/原子发射线作为参考

观测星际分子或更具体的冷高密度气体时最基本也是最重要的波长,因此具有不易吸尘的独特特性,适用于银河系中心的观测随着星际研究的进展化学模型近年来,假设每个银河现象a(例如超大质量黑洞,星团爆发等)会对星际物质产生不同的影响新方法的想法是将星际物质中观察到的这些差异作为识别相关星系现象的有用参考 研究方法 - 使用ALMA进行高灵敏度,高空间分辨率观测为了开发和验证新方法,最好选择附近的星系,这个星系可以在空间分辨和详细检查,与遥远的星系相比,其属性很大程度上未知因此,该研究小组的目标是在星系中称为NGC 1097(距离我们大约5000万光年)的毫米/亚毫米波长(* 4)的氰化氢(HCN),甲酰基离子(HCO +)和硫化氢(CS)的分子线发射)智利阿塔卡马沙漠的ALMA望远镜观测到的分子发射线适合观测银河系中心等高密度区域,NGC 1097是一个已被证明在其中心有一个活跃的超大质量黑洞的星系通过前面的研究研究结果尽管观察总共约2小时相对较短,但是在高分辨率下获得了低噪声,高质量的数据

15 arcsec图1和图2显示了观测到的银河系中心,半径为2100光年,光谱分别在银河系中心获得

图2在ALMA辐射下观察到的发射峰的亚毫米波谱,来自氰化氢(HCN),甲酰基离子(虽然没有检测到硫化氢(CS)的排放,但是HCO +)和一氧化碳(CO)被清楚地检测到了

信用:T Izumi随着在宽频率范围内获取的光谱数据,我们可以获得各种分子线发射的强度比

光谱数据表明HCN的强度明显高于HCO +和CS的强度

较低频率(毫米波长)超大质量黑洞周围环境的观测研究报道了类似现象

与毫米波长发射线相比,亚毫米波是被认为更适合观察高温,高密度区域,即bla周围的环境ck hole因此,这一观察的结果与前面的研究相似,证实了这种研究方法的有效性

图3显示了在其他星系中观察到的分子的强度比例尽管数据仅限于少量目标物体,图3显示了在更活跃状态下具有超大质量黑洞的星系中HCN / HCO +和HCN / CS增加的比率

该数据可用于识别银河系中心发生的现象

图3能源图基于分子线发射比率红点表示由超大质量黑洞驱动的活动星系,蓝点表示星爆星系,而绿点表示发光红外星系,有活动黑洞的星系位于此图的右上角

T Izumi新的识别方法是基于亚毫米波长的分子线发射尽管更远的物体的发射频率也是如此由于宇宙膨胀而降低,ALMA望远镜设计用于接收低于此次观测到的亚毫米波的频率范围内的毫米波,这意味着这种识别方法可以应用于距离我们100亿光年远的物体,并且将是ALMA时代的一种主管观测方法,当遥远星系的研究将取得显着进步时,我们通过详细分析检查了观测分子线的物理化学性质,如温度,密度和发射区域的化学成分

结果表明,这些分子线是从高温(几百度),高密度(每立方厘米约一万到一百万个氢分子)区域发出的,其中HCN分子是积极产生的

这个结果被认为反映了一个超大质量黑洞,因为它不可能保持这样的高温状态一般恒星形成活动数百光年的区域NGC 1097的观测数据强烈地表明从黑洞喷射的射流对冲击波加热的可能影响在高温环境下大量生成HCN分子的类似模型最近的星际化学研究也假设了这一点 这项研究表明ALMA望远镜具有革命性的分辨率和灵敏度,可以直接比较理论和观察

图4艺术家对NGC 1097中心部分的印象强大的双极射流是从超大质量黑洞发出的

周围的分子气体被加热喷射引起的冲击波和大量HCN分子在暖气中产生信用:东京大学未来展望这项研究表明,NGC 1097的中心含有高温气体,这与高质量气体的存在有关黑洞和高温气体诱导HCN分子的产生关注这一结果,研究小组通过观察亚毫米波长的分子线开发了一种新的黑洞探测方法

未来,该研究小组将对其进行验证

这种方法通过增加目标对象的数量和进一步详细的观察ALMA高密度气体的研究,旨在探索位于光学/红外观测无法达到的分子云深处的黑洞的神秘演化过程注释(* 1)超大质量黑洞有几百万到几十亿太阳质量(* 2)外太空不是一个完美的真空它充满了气体和尘埃,统称为星际物质,作为宇宙重要组成部分的黑洞和恒星形成活动的“燃料”(* 3)毫米和亚毫米波是波长分别为几毫米和01至1毫米的电磁波(* 4)分子旋转被称为离散能量水平通过量子力学当一个分子从一定的旋转状态转换到另一个时,它会发射或吸收电磁波具有相当于两种状态之间的能量差的能量因为旋转跃迁主要在电磁波谱中观察到对应于每个分子的不同频率,它能够从观察到的光谱的频率中识别出存在的分子

发表:亚毫米ALMA观察NGC 1097 T Izumi,K Kohno的低光度1型活性核中的致密气体, S Martin,D Espada,Y Tamura,MT Curran,A Doi,K Fathi,N Harada,PY Hsieh,M Imanishi,M Krips,AA Lundgren,S Matsushita,DS Meier,N Nakai,T Nakajima,MW Regan,E Schinnerer ,K Sheth,S Takano,A Taniguchi,Y Terashima,T Tosaki和T Wiklind Publ Astron Soc Japan 65,100 [26页](2013)PDF研究副本:亚毫米级ALMA对低密度气体的观测NGC 1097的亮度类型-1活动核来源:阿塔卡马大毫米/亚毫米阵列(ALMA)图像:ESO,ALMA(ESO / NAOJ / NRAO),T Izumi; T Izumi;东京大学