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黑洞：在150亿光年外，发现一个星系团的中心，黑洞喷出了等离子射流


数十亿年前 ， 在150亿光年外的一个星系团中心 ， 一个黑洞喷出了等离子射流 。 当等离子体冲出黑洞时 ， 它推开了物质 ， 形成了两个相距180度的大空穴 。 麻省理工学院卡夫利天体物理和空间研究所(MKI)的迈克尔·卡尔扎迪拉用同样的方法 ， 根据陨石坑的大小来计算小行星撞击能量 ， 利用这些太空穴的大小来计算黑洞喷发的能量 。 在发表在《天体物理学》期刊上的新研究中 ， 卡尔扎迪拉和合著者研究了星系团SPT-CLJ0528-5300(简称SPT-0528)的喷发 。
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将置换气体的体积和压力与两个大空穴的年龄结合起来 ， 就能够计算出喷出的总能量 。 超过10^54焦耳的能量 ， 这是在遥远星系团中发现的最强大喷发 。 宇宙中点缀着星系团 ， 这些星系团聚集了成百上千个充斥着热气和暗物质的星系 。 每个星团的中心都有一个黑洞 ， 黑洞经历了进食的时期 ， 在那里黑洞从星团中吞噬等离子体 ， 然后是爆炸性喷发的时期 ， 一旦达到饱和 ， 黑洞就会发射出等离子射流 ， 而SPT-0528是喷发阶段的一个极端案例 。
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尽管黑洞喷发发生在数十亿年前 ， 在我们的太阳系还没有形成之前 ， 来自星系团的光花了很长时间才一路传播到美国宇航局(NASA)绕地球运行的X射线发射钱德拉天文台 。 由于星系团充满气体 ， 早期的理论预测 ， 当气体冷却时 ， 星系团将看到高速率的恒星形成 ， 这需要冷却的气体才能形成 。 然而 ， 这些星团并不像预期的那样冷 ， 因此 ， 没有以预期的速度产生新恒星 。 有什么东西阻止了气体完全冷却？
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罪魁祸首是超大质量黑洞 ， 黑洞喷发的等离子体使星系团中的气体温度过高 ， 无法快速形成恒星 。 SPT-0528记录到的爆发还有另一个特点 ， 使它有别于其他黑洞喷发 。 它太大了 ， 天文学家认为 ， 气体冷却和黑洞释放热气的过程 ， 是保持星系团温度稳定平衡的原因 ， 星系团徘徊在1800万华氏度左右 。 它就像一个恒温器 ， 然而SPT-0528的突出并不处于平衡状态 ， SPT-0528黑洞的喷发是一个有“故障”恒温器 。
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这就好像把空气冷却了2度 ， 而恒温器的反应是将房间加热100度 。 此前研究了一个不同的星系团 ， 这个星系团表现出了与SPT-0528完全相反的行为 。 这个星系团中的黑洞不是不必要的猛烈喷发 ， 而是无法阻止气体冷却 。 与所有其他已知的星系团不同 ， 这个星系团充满了年轻的恒星托儿所 ， 这使它有别于大多数星系团 。 有了这些比较 ， 天文学家真正看到的是两个极端可能的界限 ， 同时还将描述更正常的星系团特征 ， 以便了解星系团在宇宙时间内的演化 。
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为了探索这一点 ， 研究人员目前正在研究100个星系团 。 之所以描述如此庞大的星系团集合 ， 是因为每一张望远镜图像都捕捉到了特定时刻的星系团 ， 而它们的行为发生在宇宙时间上 。 这些星系团覆盖了一系列的距离和年龄 ， 使得研究人员能够研究星系团的属性 ， 是如何随着宇宙时间的变化而变化 ， 这些时间跨度尺度比人类的时间尺度或我们能观察到的要大得多 。 这项研究类似于古生物学家试图从稀疏的化石记录中 ， 重建动物的进化过程 。
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