新闻速递

□ 谢 天

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证认银心黑洞喷流

天文学家们长期以来一直在寻找银河系中央超大质量黑洞Sgr A*会射出高能粒子喷流的证据。之前使用不同望远镜的观测研究都表明这一喷流确实存在，但对于该喷流的指向却往往有着互相矛盾的结论。现在美国宇航局钱德拉X射线天文台和甚大阵射电望远镜终于给出了明确的结果。

高能粒子喷流遍及宇宙从小到大的各个尺度。从年轻恒星到质量数百万乃至数十亿倍于太阳的超大质量黑洞都会射出喷流。这对于在星系尺度上输运中央天体能量进而调制恒星形成率而言起到了重要的作用。此外，确定喷流的方向还可以告诉我们中央黑洞自转的方向，进而揭示出其生长和演化的历史。

这项新的研究显示Sgr A*的自转轴与银河系的自转轴平行，表明在过去的100亿年里气体和尘埃是有序且稳定地流入这一黑洞的。如果银河系在不久前曾与大型星系发生过碰撞且它们的中央黑洞发生过并合的话，其喷流可以指向任何方向。

这道喷流贯穿入了Sgr A*的气体，产生了可以被“钱德拉”观测到的X射线和被甚大阵观测到的射电辐射。由此给出的关键性的证据之一便是一条由发出X射线的气体组成且指向Sgr A*的直线。另外的证据则来自射电数据中因喷流撞入周围气体而形成的激波。

银心超大质量黑洞Sgr A*的合成图像：紫色为X射线观测，蓝色为射电观测。版权：X射线：NASA/CXC/UCLA/Z. Li等；射电：NRAO/VLA。

发现银河系中最古老褐矮星

一个天文学家小组发现了两颗银河系中最古老的褐矮星，在100多亿年前银河系尚年幼时也许就已形成。它们的运动速度达到了每秒100～200千米，较普通恒星和其他的褐矮星快得多。有意思的是，科学家们认为银河系中可能存在着大量类似的天体。

褐矮星是类恒星天体，但质量不足太阳的7%。这使得它们无法通过核聚变来产生热量，只能慢慢地冷却变暗。年老褐矮星的温度可以非常低——新发现的这两颗仅有250～600℃，远低于恒星。作为比较，太阳的表面温度为5,600℃。

使用美国宇航局的大视场红外巡天探测器，天文学家们发现了这两个天体，分别位于双鱼座和长蛇座。地面大型望远镜的后续观测确认了它们的属性。红外波段的天空充满了暗红色的源，包括了红化的恒星、暗弱的遥远星系以及气体和尘埃云。在这些混杂的天体中识别出低温的褐矮星就像大海捞针。

为此，根据大视场红外巡天探测器会多次扫描天空的特点，天文学家们专门研发出了新的方法来寻找这些较其他天体暗弱得多的褐矮星。之后，它们的红外辐射会与已知的褐矮星进行比较。其光谱特性显示，它们古老的大气几乎完全由氢组成，重元素的含量比年轻恒星还要少，说明它们是极为年老的天体。

褐矮星的艺术概念图。版权：John Pinfield。

木卫二喷发水蒸气

美国宇航局哈勃空间望远镜在木星卫星木卫二冰封南极的上空观测到了水蒸气，为其向太空中喷发出水汽羽提供了首个强有力的证据。

之前的科学研究发现，在木卫二冰质的表面壳层之下可能存在一个海洋。虽然科学家们还不能完全肯定探测到的这些水蒸气一定来自其表面喷射出的水汽羽，但他们相信这是最可能的解释。如果得到进一步观测的确认，那木卫二将成为太阳系中第2个拥有水汽羽的卫星。此前，在2005年，卡西尼土星探测器发现土卫二的表面会向外喷射水汽和尘埃。

2012年“哈勃”的分光观测为木卫二也拥有水汽羽提供了证据。这些观测使得天文学家们区分开了木星磁层粒子和木卫二局部的气体作用，排除了其他许多离奇的解释，例如陨星撞击。“哈勃”成像摄谱仪探测到了木卫二南极附近极光中暗弱的紫外辐射。原子氧和氢可以产生这一极光辐射，它们有可能是当地的水分子在被沿木星磁力线运动的电子破坏后所形成。

木卫二水汽羽的强度与土卫二的相当，也会随着其轨道位置发生变化。活跃的喷发只在木卫二距离木星最远时才会出现。对此的解释是，在那里潮汐力会产生更强的拉伸作用，使得喷口被打开；而在最靠近木星的地方，它们会因挤压而缩小或被关闭。

①开展水土保持宣传。利用村庄宣传栏开展水土保持、雨水利用等方面的宣传教育。另外发放两期水土保持小册子，介绍生态清洁小流域的治理理念、思路、措施，鼓励村民参与生态清洁小流域建设。

木卫二上水蒸气喷发的艺术概念图。版权：NASA/ ESA/K. Retherford (Southwest Research Institute)。

发现遥远的超大质量黑洞双星

使用美国宇航局的大视场红外巡天探测器，天文学家们在一个遥远星系的中心发现了两个正在相互绕转的超大质量黑洞。地面望远镜的后续观测则在这个星系中发现了一些不同寻常的特征，这其中就包括了一个黑洞的喷流会受到另一个黑洞的拖拽。

几乎每一个大型星系的中央都有一个超大质量黑洞，其质量从数百万到数十亿个太阳质量不等。这些黑洞是如何长到这么大的？一种方式是通过吞食物质，另一个办法则是星系间的并合。当星系发生碰撞时，它们的大质量黑洞会一起“沉降”到新形成星系的中心并且相互绕转。最终它们会并合成一个质量更大的黑洞。

超大质量黑洞双星的艺术概念图。版权：NASA。

开始时这个过程会很慢，两个黑洞之间的距离大约有几千光年。迄今只发现了少数处于这一早期阶段的超大质量黑洞。随着时间的推移，它们会逐渐靠近，彼此的距离减小到几光年。这一阶段的超大质量黑洞双星是最难被发现的，因为目前的望远镜不具备足够的分辨率。

到目前为止，仅有少量的超大质量黑洞双星候选体，距离我们都较近。此次新发现的WISE J233237.05-505643.5是一个新的候选体，位于远得多的38亿光年之外。射电观测显示其喷流具有曲折的形状，这很有可能是由另一个黑洞的引力所造成。

近距星暴星系M82隐藏的细节

使用美国绿堤射电望远镜上新的高频观测设备，天文学家们捕捉到了近距星暴星系M82中前所未见的细节。这些新的数据突显出了从其星系盘流出的物质以及在大规模恒星形成区中的稠密分子云。

星暴星系M82的合成图像，红色和黄色来自绿堤射电望远镜对分子气体的观测，蓝色为哈勃空间望远镜对尘埃和背景恒星的观测。版权：Bill Saxton (NRAO/AUI/ NSF)；Hubble/NASA。

M82位于大熊座，距离地球约1,200万光年，是一个典型的星暴星系。它正在以几十到几百倍于银河系的速度制造新的恒星。较近的距离使之成为了绿堤射电望远镜上新装备的高频接收机的理想目标。这个接收机可以探测由分子气体所发出的毫米波，这也使得绿堤射电望远镜成为了世界上最大的单天线毫米波望远镜。

天文学家们由此发现，在M82中稠密分子云与恒星形成区相伴，但两者之间的联系则还有待被深入地研究。在不同类型的星系中，这一关系也许会各异。通过测量这些气体在星系中的大范围分布情况，天文学家们希望能更好地了解这一相互作用。

然而，直到今天这类观测仍非易事，因为用来追踪这些稠密气体的分子（例如氰化氢）所发出的辐射在毫米波波段上十分微弱。有了新的高频接收机，绿堤射电望远镜才能以更高的灵敏度来对M82中气体的分布进行研究。

这一新的观测能力将使得天文学家们可以快速地对整个星系以及星系中的不同区域进行观测研究。

“哈勃”探测外星行星大气中的水

使用美国宇航局的哈勃空间望远镜，天文学家们在5颗遥远的太阳系外行星大气中发现了水的微弱信号。之前就已经在一些外星行星的大气中发现了水，但这是第一次对它们进行确凿的测量并将不同的结果进行了相互比较。

这5颗外星行星——WASP-17b，HD209458b，WASP-12b，WASP-19b和XO-1b——都属于大质量的热类木星行星，极为靠近它们的宿主恒星。它们水信号的强度各异：WASP-17b有着极为弥漫的大气，而HD209458b上水的信号最强。

这项研究是对外星行星大气进行普查的一部分。天文学家们使用“哈勃”上的大视场相机3研究了这些外星行星大气吸收线的细节。值得一提的是，这些观测都是在红外波段进行的。如果有水存在，它们会就此显现出来。科学家们比较了观测到的吸收线轮廓的形状和强度，发现与水的信号相符。这些观测表明，“哈勃”将继续在对外星行星的研究中领跑。

这些水的信号都没有预期的明显，这可能是由于这5颗外星行星都拥有一个霾层或者尘埃层所致。它们可以削减大气中任何信号的强度，改变水以及其他重要分子的信号轮廓。

“哈勃”高性能的大视场相机3是少数能探测外星行星大气的仪器之一。通过这一研究将开启对其他外星行星大气成分的探测。

外星行星大气中水微弱信号的概念图。版权：NASA/GSF。

快速射电暴可能源自近距恒星

首次发现于2007年，持续时间仅千分之一秒的快速射电暴一直是个谜。之前认为它们应该来自数百亿光年之外的遥远星系。然而，新的研究却指出它们的距离也许要近得多，可能是银河系中爆发的恒星。

迄今只知道6个快速射电暴，都是从存档数据中发现的。仔细分析显示，在飞向地球的过程中，这些射电脉冲穿过了大量的电子。如果这些电子是分布于星系际空间的话，那么这些脉冲必定穿越了数十亿光年的距离。于是，它们必定源自极为剧烈的事件。γ射线暴不会在这个频率上产生脉冲，因此有科学家猜测其来源可能是中子星坍缩成黑洞的过程。

另一些天文学家则提出，如果这些爆发就位于银河系之内，就不需要这么高的能量了。恒星爆发正好符合这一要求。星冕中的大量电子也会对脉冲产生同样的影响。已知有两类恒星会产生射电暴：年轻的低质量恒星和太阳质量的相接双星。它们在可见光波段上都会存在亮度涨落。

为了检验这一理论，天文学家们对3个快速射电暴所在的区域进行了搜寻。在其中之一发现了一个周期为7.8小时的相接双星系统，距离地球约2,600光年。对其所在视场中恒星的统计研究表明，这个双星系统碰巧位于那里的概率不会超过5%。

一项新的研究指出快速射电暴可能源自近距恒星。版权：NASA。

迄今最佳的土星六边形影像

美国宇航局的卡西尼探测器拍摄到了土星南极周围六边形射流到目前为止分辨率最高的图像。这一图像的中心为从土星的南极，一直覆盖到其南纬约70°的地方。土星六边形的直径约30,000千米，其中射流的时速高达300千米，是一个绕着其中心自转的巨型风暴。在太阳系的其他任何地方都还没有发现与之完全类似的天气系统。

地球上的天气系统会在遇到具有摩擦的地表或者冰帽时被破坏。因此科学家们怀疑，土星这个完全由气体组成的巨行星是这个六边形能稳定存在的一大因素。2012年末，太阳开始可以照亮该六边形的内部区域，这使得“卡西尼”获得了更好的视角。通过搭载的高分辨率相机，“卡西尼”花了10个小时的时间对其进行了高分辨率的观测。

在这幅图像上可以看到围绕土星南极的风暴以及尺度较小的涡旋。这些较小的涡旋会沿着与六边形相反的方向转动。这些涡旋中最大的直径约3,500千米，是地球上已知最大台风大小的2倍。

这幅图像所具有的伪彩色让科学家们可以更容易地区分六边形内外的不同特征结构。在这个六边形的内部，鲜有较大的、但聚集有细小的霾颗粒物。然而，在六边形的外部，情况正好相反。

黑洞比预期更明亮

几十年来，星系M101的一条旋臂上的X射线源一直困扰着天文学家们。这个天体被称为极亮X射线源，是相互绕转的一颗恒星和一个黑洞。但它的亮度和它的质量却似乎并不匹配。要么这个系统的亮度达到了其本该具有的2倍，要么它的质量超出了预期。对这个问题的回答有着重要的意义，因为它可以为星系中心超大质量黑洞的形成提供信息。

一项新的研究表明，这个系统中的黑洞其实是一个典型的黑洞，至少按照质量来划分是这样。它是一个恒星质量黑洞，由大质量恒星死亡时坍缩而形成。它的质量介于太阳质量的20～30倍之间。如果确实如此，那它的亮度则大大超出了天文学家们的预期，意味着目前对黑洞吸积的认识还不完整或者需要修正。

通过吸积过程，黑洞会吞食周围的物质，就此它会生长，进而间接地发出辐射。虽然包括光在内没有东西能逃离黑洞，但盘旋着掉入黑洞的物质会发出X射线。通过研究这些X射线，天文学家可以了解黑洞的生长过程。

这个系统的高亮度可能源自从其伴星顶层大气吹出的由带电粒子组成的星风。虽然之前认为这一机制效率低下，但目前仍是一种可能。或者，在掉入黑洞的物质中形成了气泡，产生了额外的辐射。

星系M101的一条旋臂上的极亮X射线源，它由一颗恒星和一个恒星质量黑洞构成。版权：Chandra/Spitzer/Hubble/GALEX。

“卡西尼”迄今所拍摄的分辨率最高的土星六边形图像。版权：NASA/JPL-Caltech/SSI/ Hampton Universit。

在蟹状星云中发现氩

赫歇尔空间望远镜（红色）和哈勃空间望远镜（蓝色）所观测的超新星遗迹蟹状星云。版权：ESA/ Herschel/PACS/MESS Key Programme Supernova Remnant Team; NASA/ESA/A. Loll/J. Hester (Arizona State University)。

使用欧洲空间局的赫歇尔空间望远镜，天文学家们对超新星遗迹蟹状星云的红外辐射进行了观测，在低温气体和尘埃中意外地发现了氢化氩离子。这一发现佐证了氩在宇宙中如何形成的理论。

“赫歇尔”是迄今发射的最大的空间望远镜，被设计来观测人眼看不到的远红外辐射。虽然高温的天体会发出明亮的可见光辐射，但低温的天体所发出的则主要是红外辐射。然而，红外辐射会被地球的大气阻挡，因此在可见光波段上我们无法看到星云中的低温天体和尘埃。除了用“赫歇尔”研究蟹状星云中的尘埃之外，天文学家们还用它对蟹状星云进行了分光观测。

来自蟹状星云特定区域的光在618吉赫兹和1235吉赫兹的波段上呈现出了极强且无法解释的波峰。搜寻已知不同分子特性的数据库，天文学家们发现唯一可能的解释是这一辐射来自转动的氢化氩离子，而唯一可以以此速率转动的只有氩的同位素氩-36。

在这一情况下，来自蟹状星云中央中子星的能量电离了氩，它们随后与氢结合形成了氢化氩离子。这是第一次在太空中探测到该物质。理论预言，在超新星爆发中会产生大量的氩-36，而没有氩-40。这与对蟹状星云的观测完全相符。然而，在地球上氩-40却占据了主导。

（责任编辑 张长喜）