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證認銀心黑洞噴流

天文學家們長期以來一直在尋找銀河系中央超大質(zhì)量黑洞Sgr A*會射出高能粒子噴流的證據(jù)。之前使用不同望遠鏡的觀測研究都表明這一噴流確實存在，但對于該噴流的指向卻往往有著互相矛盾的結(jié)論。現(xiàn)在美國宇航局錢德拉X射線天文臺和甚大陣射電望遠鏡終于給出了明確的結(jié)果。

高能粒子噴流遍及宇宙從小到大的各個尺度。從年輕恒星到質(zhì)量數(shù)百萬乃至數(shù)十億倍于太陽的超大質(zhì)量黑洞都會射出噴流。這對于在星系尺度上輸運中央天體能量進而調(diào)制恒星形成率而言起到了重要的作用。此外，確定噴流的方向還可以告訴我們中央黑洞自轉(zhuǎn)的方向，進而揭示出其生長和演化的歷史。

這項新的研究顯示Sgr A*的自轉(zhuǎn)軸與銀河系的自轉(zhuǎn)軸平行，表明在過去的100億年里氣體和塵埃是有序且穩(wěn)定地流入這一黑洞的。如果銀河系在不久前曾與大型星系發(fā)生過碰撞且它們的中央黑洞發(fā)生過并合的話，其噴流可以指向任何方向。

這道噴流貫穿入了Sgr A*的氣體，產(chǎn)生了可以被“錢德拉”觀測到的X射線和被甚大陣觀測到的射電輻射。由此給出的關(guān)鍵性的證據(jù)之一便是一條由發(fā)出X射線的氣體組成且指向Sgr A*的直線。另外的證據(jù)則來自射電數(shù)據(jù)中因噴流撞入周圍氣體而形成的激波。

銀心超大質(zhì)量黑洞Sgr A*的合成圖像：紫色為X射線觀測，藍色為射電觀測。版權(quán)：X射線：NASA/CXC/UCLA/Z. Li等；射電：NRAO/VLA。

發(fā)現(xiàn)銀河系中最古老褐矮星

一個天文學家小組發(fā)現(xiàn)了兩顆銀河系中最古老的褐矮星，在100多億年前銀河系尚年幼時也許就已形成。它們的運動速度達到了每秒100～200千米，較普通恒星和其他的褐矮星快得多。有意思的是，科學家們認為銀河系中可能存在著大量類似的天體。

褐矮星是類恒星天體，但質(zhì)量不足太陽的7%。這使得它們無法通過核聚變來產(chǎn)生熱量，只能慢慢地冷卻變暗。年老褐矮星的溫度可以非常低——新發(fā)現(xiàn)的這兩顆僅有250～600℃，遠低于恒星。作為比較，太陽的表面溫度為5,600℃。

使用美國宇航局的大視場紅外巡天探測器，天文學家們發(fā)現(xiàn)了這兩個天體，分別位于雙魚座和長蛇座。地面大型望遠鏡的后續(xù)觀測確認了它們的屬性。紅外波段的天空充滿了暗紅色的源，包括了紅化的恒星、暗弱的遙遠星系以及氣體和塵埃云。在這些混雜的天體中識別出低溫的褐矮星就像大海撈針。

為此，根據(jù)大視場紅外巡天探測器會多次掃描天空的特點，天文學家們專門研發(fā)出了新的方法來尋找這些較其他天體暗弱得多的褐矮星。之后，它們的紅外輻射會與已知的褐矮星進行比較。其光譜特性顯示，它們古老的大氣幾乎完全由氫組成，重元素的含量比年輕恒星還要少，說明它們是極為年老的天體。

褐矮星的藝術(shù)概念圖。版權(quán)：John Pinfield。

木衛(wèi)二噴發(fā)水蒸氣

美國宇航局哈勃空間望遠鏡在木星衛(wèi)星木衛(wèi)二冰封南極的上空觀測到了水蒸氣，為其向太空中噴發(fā)出水汽羽提供了首個強有力的證據(jù)。

之前的科學研究發(fā)現(xiàn)，在木衛(wèi)二冰質(zhì)的表面殼層之下可能存在一個海洋。雖然科學家們還不能完全肯定探測到的這些水蒸氣一定來自其表面噴射出的水汽羽，但他們相信這是最可能的解釋。如果得到進一步觀測的確認，那木衛(wèi)二將成為太陽系中第2個擁有水汽羽的衛(wèi)星。此前，在2005年，卡西尼土星探測器發(fā)現(xiàn)土衛(wèi)二的表面會向外噴射水汽和塵埃。

2012年“哈勃”的分光觀測為木衛(wèi)二也擁有水汽羽提供了證據(jù)。這些觀測使得天文學家們區(qū)分開了木星磁層粒子和木衛(wèi)二局部的氣體作用，排除了其他許多離奇的解釋，例如隕星撞擊。“哈勃”成像攝譜儀探測到了木衛(wèi)二南極附近極光中暗弱的紫外輻射。原子氧和氫可以產(chǎn)生這一極光輻射，它們有可能是當?shù)氐乃肿釉诒谎啬拘谴帕€運動的電子破壞后所形成。

木衛(wèi)二水汽羽的強度與土衛(wèi)二的相當，也會隨著其軌道位置發(fā)生變化?；钴S的噴發(fā)只在木衛(wèi)二距離木星最遠時才會出現(xiàn)。對此的解釋是，在那里潮汐力會產(chǎn)生更強的拉伸作用，使得噴口被打開；而在最靠近木星的地方，它們會因擠壓而縮小或被關(guān)閉。

①開展水土保持宣傳。利用村莊宣傳欄開展水土保持、雨水利用等方面的宣傳教育。另外發(fā)放兩期水土保持小冊子，介紹生態(tài)清潔小流域的治理理念、思路、措施，鼓勵村民參與生態(tài)清潔小流域建設(shè)。

木衛(wèi)二上水蒸氣噴發(fā)的藝術(shù)概念圖。版權(quán)：NASA/ ESA/K. Retherford (Southwest Research Institute)。

發(fā)現(xiàn)遙遠的超大質(zhì)量黑洞雙星

使用美國宇航局的大視場紅外巡天探測器，天文學家們在一個遙遠星系的中心發(fā)現(xiàn)了兩個正在相互繞轉(zhuǎn)的超大質(zhì)量黑洞。地面望遠鏡的后續(xù)觀測則在這個星系中發(fā)現(xiàn)了一些不同尋常的特征，這其中就包括了一個黑洞的噴流會受到另一個黑洞的拖拽。

幾乎每一個大型星系的中央都有一個超大質(zhì)量黑洞，其質(zhì)量從數(shù)百萬到數(shù)十億個太陽質(zhì)量不等。這些黑洞是如何長到這么大的？一種方式是通過吞食物質(zhì)，另一個辦法則是星系間的并合。當星系發(fā)生碰撞時，它們的大質(zhì)量黑洞會一起“沉降”到新形成星系的中心并且相互繞轉(zhuǎn)。最終它們會并合成一個質(zhì)量更大的黑洞。

超大質(zhì)量黑洞雙星的藝術(shù)概念圖。版權(quán)：NASA。

開始時這個過程會很慢，兩個黑洞之間的距離大約有幾千光年。迄今只發(fā)現(xiàn)了少數(shù)處于這一早期階段的超大質(zhì)量黑洞。隨著時間的推移，它們會逐漸靠近，彼此的距離減小到幾光年。這一階段的超大質(zhì)量黑洞雙星是最難被發(fā)現(xiàn)的，因為目前的望遠鏡不具備足夠的分辨率。

到目前為止，僅有少量的超大質(zhì)量黑洞雙星候選體，距離我們都較近。此次新發(fā)現(xiàn)的WISE J233237.05-505643.5是一個新的候選體，位于遠得多的38億光年之外。射電觀測顯示其噴流具有曲折的形狀，這很有可能是由另一個黑洞的引力所造成。

近距星暴星系M82隱藏的細節(jié)

使用美國綠堤射電望遠鏡上新的高頻觀測設(shè)備，天文學家們捕捉到了近距星暴星系M82中前所未見的細節(jié)。這些新的數(shù)據(jù)突顯出了從其星系盤流出的物質(zhì)以及在大規(guī)模恒星形成區(qū)中的稠密分子云。

星暴星系M82的合成圖像，紅色和黃色來自綠堤射電望遠鏡對分子氣體的觀測，藍色為哈勃空間望遠鏡對塵埃和背景恒星的觀測。版權(quán)：Bill Saxton (NRAO/AUI/ NSF)；Hubble/NASA。

M82位于大熊座，距離地球約1,200萬光年，是一個典型的星暴星系。它正在以幾十到幾百倍于銀河系的速度制造新的恒星。較近的距離使之成為了綠堤射電望遠鏡上新裝備的高頻接收機的理想目標。這個接收機可以探測由分子氣體所發(fā)出的毫米波，這也使得綠堤射電望遠鏡成為了世界上最大的單天線毫米波望遠鏡。

天文學家們由此發(fā)現(xiàn)，在M82中稠密分子云與恒星形成區(qū)相伴，但兩者之間的聯(lián)系則還有待被深入地研究。在不同類型的星系中，這一關(guān)系也許會各異。通過測量這些氣體在星系中的大范圍分布情況，天文學家們希望能更好地了解這一相互作用。

然而，直到今天這類觀測仍非易事，因為用來追蹤這些稠密氣體的分子（例如氰化氫）所發(fā)出的輻射在毫米波波段上十分微弱。有了新的高頻接收機，綠堤射電望遠鏡才能以更高的靈敏度來對M82中氣體的分布進行研究。

這一新的觀測能力將使得天文學家們可以快速地對整個星系以及星系中的不同區(qū)域進行觀測研究。

“哈勃”探測外星行星大氣中的水

使用美國宇航局的哈勃空間望遠鏡，天文學家們在5顆遙遠的太陽系外行星大氣中發(fā)現(xiàn)了水的微弱信號。之前就已經(jīng)在一些外星行星的大氣中發(fā)現(xiàn)了水，但這是第一次對它們進行確鑿的測量并將不同的結(jié)果進行了相互比較。

這5顆外星行星——WASP-17b，HD209458b，WASP-12b，WASP-19b和XO-1b——都屬于大質(zhì)量的熱類木星行星，極為靠近它們的宿主恒星。它們水信號的強度各異：WASP-17b有著極為彌漫的大氣，而HD209458b上水的信號最強。

這項研究是對外星行星大氣進行普查的一部分。天文學家們使用“哈勃”上的大視場相機3研究了這些外星行星大氣吸收線的細節(jié)。值得一提的是，這些觀測都是在紅外波段進行的。如果有水存在，它們會就此顯現(xiàn)出來?？茖W家們比較了觀測到的吸收線輪廓的形狀和強度，發(fā)現(xiàn)與水的信號相符。這些觀測表明，“哈勃”將繼續(xù)在對外星行星的研究中領(lǐng)跑。

這些水的信號都沒有預(yù)期的明顯，這可能是由于這5顆外星行星都擁有一個霾層或者塵埃層所致。它們可以削減大氣中任何信號的強度，改變水以及其他重要分子的信號輪廓。

“哈勃”高性能的大視場相機3是少數(shù)能探測外星行星大氣的儀器之一。通過這一研究將開啟對其他外星行星大氣成分的探測。

外星行星大氣中水微弱信號的概念圖。版權(quán)：NASA/GSF。

快速射電暴可能源自近距恒星

首次發(fā)現(xiàn)于2007年，持續(xù)時間僅千分之一秒的快速射電暴一直是個謎。之前認為它們應(yīng)該來自數(shù)百億光年之外的遙遠星系。然而，新的研究卻指出它們的距離也許要近得多，可能是銀河系中爆發(fā)的恒星。

迄今只知道6個快速射電暴，都是從存檔數(shù)據(jù)中發(fā)現(xiàn)的。仔細分析顯示，在飛向地球的過程中，這些射電脈沖穿過了大量的電子。如果這些電子是分布于星系際空間的話，那么這些脈沖必定穿越了數(shù)十億光年的距離。于是，它們必定源自極為劇烈的事件。γ射線暴不會在這個頻率上產(chǎn)生脈沖，因此有科學家猜測其來源可能是中子星坍縮成黑洞的過程。

另一些天文學家則提出，如果這些爆發(fā)就位于銀河系之內(nèi)，就不需要這么高的能量了。恒星爆發(fā)正好符合這一要求。星冕中的大量電子也會對脈沖產(chǎn)生同樣的影響。已知有兩類恒星會產(chǎn)生射電暴：年輕的低質(zhì)量恒星和太陽質(zhì)量的相接雙星。它們在可見光波段上都會存在亮度漲落。

為了檢驗這一理論，天文學家們對3個快速射電暴所在的區(qū)域進行了搜尋。在其中之一發(fā)現(xiàn)了一個周期為7.8小時的相接雙星系統(tǒng)，距離地球約2,600光年。對其所在視場中恒星的統(tǒng)計研究表明，這個雙星系統(tǒng)碰巧位于那里的概率不會超過5%。

一項新的研究指出快速射電暴可能源自近距恒星。版權(quán)：NASA。

迄今最佳的土星六邊形影像

美國宇航局的卡西尼探測器拍攝到了土星南極周圍六邊形射流到目前為止分辨率最高的圖像。這一圖像的中心為從土星的南極，一直覆蓋到其南緯約70°的地方。土星六邊形的直徑約30,000千米，其中射流的時速高達300千米，是一個繞著其中心自轉(zhuǎn)的巨型風暴。在太陽系的其他任何地方都還沒有發(fā)現(xiàn)與之完全類似的天氣系統(tǒng)。

地球上的天氣系統(tǒng)會在遇到具有摩擦的地表或者冰帽時被破壞。因此科學家們懷疑，土星這個完全由氣體組成的巨行星是這個六邊形能穩(wěn)定存在的一大因素。2012年末，太陽開始可以照亮該六邊形的內(nèi)部區(qū)域，這使得“卡西尼”獲得了更好的視角。通過搭載的高分辨率相機，“卡西尼”花了10個小時的時間對其進行了高分辨率的觀測。

在這幅圖像上可以看到圍繞土星南極的風暴以及尺度較小的渦旋。這些較小的渦旋會沿著與六邊形相反的方向轉(zhuǎn)動。這些渦旋中最大的直徑約3,500千米，是地球上已知最大臺風大小的2倍。

這幅圖像所具有的偽彩色讓科學家們可以更容易地區(qū)分六邊形內(nèi)外的不同特征結(jié)構(gòu)。在這個六邊形的內(nèi)部，鮮有較大的、但聚集有細小的霾顆粒物。然而，在六邊形的外部，情況正好相反。

黑洞比預(yù)期更明亮

幾十年來，星系M101的一條旋臂上的X射線源一直困擾著天文學家們。這個天體被稱為極亮X射線源，是相互繞轉(zhuǎn)的一顆恒星和一個黑洞。但它的亮度和它的質(zhì)量卻似乎并不匹配。要么這個系統(tǒng)的亮度達到了其本該具有的2倍，要么它的質(zhì)量超出了預(yù)期。對這個問題的回答有著重要的意義，因為它可以為星系中心超大質(zhì)量黑洞的形成提供信息。

一項新的研究表明，這個系統(tǒng)中的黑洞其實是一個典型的黑洞，至少按照質(zhì)量來劃分是這樣。它是一個恒星質(zhì)量黑洞，由大質(zhì)量恒星死亡時坍縮而形成。它的質(zhì)量介于太陽質(zhì)量的20～30倍之間。如果確實如此，那它的亮度則大大超出了天文學家們的預(yù)期，意味著目前對黑洞吸積的認識還不完整或者需要修正。

通過吸積過程，黑洞會吞食周圍的物質(zhì)，就此它會生長，進而間接地發(fā)出輻射。雖然包括光在內(nèi)沒有東西能逃離黑洞，但盤旋著掉入黑洞的物質(zhì)會發(fā)出X射線。通過研究這些X射線，天文學家可以了解黑洞的生長過程。

這個系統(tǒng)的高亮度可能源自從其伴星頂層大氣吹出的由帶電粒子組成的星風。雖然之前認為這一機制效率低下，但目前仍是一種可能?；蛘撸诘羧牒诙吹奈镔|(zhì)中形成了氣泡，產(chǎn)生了額外的輻射。

星系M101的一條旋臂上的極亮X射線源，它由一顆恒星和一個恒星質(zhì)量黑洞構(gòu)成。版權(quán)：Chandra/Spitzer/Hubble/GALEX。

“卡西尼”迄今所拍攝的分辨率最高的土星六邊形圖像。版權(quán)：NASA/JPL-Caltech/SSI/ Hampton Universit。

在蟹狀星云中發(fā)現(xiàn)氬

赫歇爾空間望遠鏡（紅色）和哈勃空間望遠鏡（藍色）所觀測的超新星遺跡蟹狀星云。版權(quán)：ESA/ Herschel/PACS/MESS Key Programme Supernova Remnant Team; NASA/ESA/A. Loll/J. Hester (Arizona State University)。

使用歐洲空間局的赫歇爾空間望遠鏡，天文學家們對超新星遺跡蟹狀星云的紅外輻射進行了觀測，在低溫氣體和塵埃中意外地發(fā)現(xiàn)了氫化氬離子。這一發(fā)現(xiàn)佐證了氬在宇宙中如何形成的理論。

“赫歇爾”是迄今發(fā)射的最大的空間望遠鏡，被設(shè)計來觀測人眼看不到的遠紅外輻射。雖然高溫的天體會發(fā)出明亮的可見光輻射，但低溫的天體所發(fā)出的則主要是紅外輻射。然而，紅外輻射會被地球的大氣阻擋，因此在可見光波段上我們無法看到星云中的低溫天體和塵埃。除了用“赫歇爾”研究蟹狀星云中的塵埃之外，天文學家們還用它對蟹狀星云進行了分光觀測。

來自蟹狀星云特定區(qū)域的光在618吉赫茲和1235吉赫茲的波段上呈現(xiàn)出了極強且無法解釋的波峰。搜尋已知不同分子特性的數(shù)據(jù)庫，天文學家們發(fā)現(xiàn)唯一可能的解釋是這一輻射來自轉(zhuǎn)動的氫化氬離子，而唯一可以以此速率轉(zhuǎn)動的只有氬的同位素氬-36。

在這一情況下，來自蟹狀星云中央中子星的能量電離了氬，它們隨后與氫結(jié)合形成了氫化氬離子。這是第一次在太空中探測到該物質(zhì)。理論預(yù)言，在超新星爆發(fā)中會產(chǎn)生大量的氬-36，而沒有氬-40。這與對蟹狀星云的觀測完全相符。然而，在地球上氬-40卻占據(jù)了主導。

（責任編輯 張長喜）