气体围绕黑洞旋转的模拟。颜色表示气体的密度，较亮的颜色表示较高的密度。（图片来源：uux.cn加州理工学院/菲尔·霍普金斯集团）（神秘的地球uux.cn）据美国太空网（Sharmila Kuthunur）：超大质量黑洞是比太阳重数百万到数十亿倍的庞然大物，潜伏在我们宇宙中大多数星系的中心，包括我们自己的银河系——它们最为人所知的是围绕它们旋转的明亮的气体盘。这些圆盘是命运多舛的恒星的残骸，它们曾经被黑洞撕裂并困住，而黑洞实际上是以这些圆盘为食的。然而，科学家们仍然不确定黑洞究竟是如何盛宴的。例如，几十年来，天体物理学家一直困惑于为什么被黑洞席卷的物质不会立即落入深渊。相反，它们聚集在一起形成并维持一个热的、快速旋转的圆盘，然后向黑洞盘旋。在这个过程中，圆盘在将引力能转化为热量的同时，发出明亮的辐射。圆盘是黑洞的主要光源，只要附近有物质可以吸收，圆盘就会盘旋。一项新的计算机模拟表明，吸积盘的长期存在可能是由于每个吸积盘几乎完全受其各自黑洞的磁场控制。这些场有可能将气体引导成圆盘状。科学家们表示，这项模拟首次追踪了原始气体从早期宇宙到最终进入超大质量黑洞吸积盘的过程，可以帮助他们微调对吸积盘各个方面的预测，包括质量、厚度和物质下落速度。加州理工学院的理论天体物理学家菲尔·霍普金斯在一份声明中说：“我们的理论告诉我们，圆盘应该像褶皱一样平坦。”。“但我们知道这是不对的，因为天文观测显示，这些圆盘实际上是蓬松的，更像天使蛋糕。我们的模拟帮助我们理解了磁场支撑着圆盘材料，使其更蓬松。”霍普金斯和他的团队对一个虚拟的超大质量黑洞进行了他们所说的“超级放大”。为了虚拟地复制黑洞的动力学，研究人员输入了星系尺度上各种宇宙现象的物理信息。其中包括控制引力、暗物质和暗能量的方程——后者是构成宇宙大部分内容的难以捉摸的物质——以及恒星和星系。研究人员表示，创建这样的模拟不仅是一个计算挑战，而且需要一个能够简单处理所有复杂物理的代码。根据加州理工大学的声明，加州理工学院的两项大型合作的高潮，即专注于宇宙中大型结构的FIRE和研究小型结构的STARFORGE，使该团队能够创建一个分辨率比其前身高一千倍的模拟。霍普金斯说：“我们以一种非常模块化的方式构建了它，这样你就可以打开和关闭给定问题所需的任何物理部分，但它们都是交叉兼容的。”。利用这个代码，研究人员模拟了一个比太阳重1000万倍的黑洞，它始于早期宇宙。然后，模拟飞行穿过一个复杂的星系团，然后放大到一个由吸积盘环绕的活跃的超大质量黑洞或类星体中，吸积盘向黑洞输送气体的速度与我们宇宙中已知的最亮的类星体相当。可以看到磁场从圆盘中带走动量，使物质自由向内螺旋，直到到达事件视界或黑洞的“表面”，在那里它无法逃脱。霍普金斯在声明中说：“在我们的模拟中，我们看到这个吸积盘在黑洞周围形成。”。“如果我们刚刚看到那个吸积盘，我们会非常兴奋，但非常令人惊讶的是，模拟的吸积盘看起来不像我们几十年来一直认为的那样。”三月份发表在《天体物理学开放杂志》上的一篇论文描述了这一发现。 左边是美国国家航空航天局斯皮策太空望远镜拍摄的蛇夫座分子云复合体的中红外图像，焦点指向WL20恒星系统。在右边，WL20展开展示了艺术家对这一新发现的印象。当ALMA和JWST在多个无线电和红外波长上的观测揭示了WL20中一对年轻双星爆发的双圆盘和喷流时，天文学家简直不敢相信自己的运气。来源：uux.cn美国国家科学基金会/国家科学基金NRAO/B.萨克斯顿。；美国国家航空航天局/喷气推进实验室-加州理工学院/哈佛-史密森学会CfA（神秘的地球uux.cn）据美国国家射电天文台：宇宙的大部分是肉眼看不见的。恒星的组成部分只在可见光谱之外的波长中显现出来。天文学家最近使用了两台非常不同、非常强大的望远镜，发现了双星系统中年轻恒星喷发的双圆盘和双平行喷流。考虑到恒星、圆盘和喷流的年龄、大小和化学成分，这一发现是出乎意料的，也是前所未有的。它们位于宇宙中一个已知的、经过充分研究的部分，这让人更加兴奋。这项研究结合了美国国家科学基金会（NSF）国家射电天文台（NRAO）阿塔卡马大型毫米/亚毫米阵列（ALMA）和美国国家航空航天局詹姆斯·韦伯太空望远镜（JWST）中红外仪器（MIRI）的观测结果。ALMA和JWST的MIRI观测到电磁波谱的不同部分。天文学家将它们结合在一起，发现了这对隐藏在WL20恒星系统无线电和红外波长中的双胞胎，WL20位于附近的蛇夫座分子云复合体中，距离地球太阳系400多光年。天文学家Mary Barsony分享道：“我们的发现绝对是疯狂的。我们对WL20恒星系统的了解已经很长时间了。但引起我们注意的是，该系统中的一颗恒星看起来比其他恒星年轻得多。将MIRI和ALMA结合使用，我们实际上看到这颗恒星是两颗紧挨着的恒星。这些恒星中的每一颗都被一个圆盘包围，每个圆盘都平行地发射喷流。”这些色彩鲜艳的形状代表了NRAO的ALMA和NASA的JWST望远镜收集的天文数据。在左边，一张合成图像与ALMA和JWST数据重叠，揭示了WL20中这对双星发出的圆盘和平行喷流。右边显示了单独的ALMA数据和代表各种化学成分的JWST数据的分解。来源：uux.cn美国国家科学基金会/国家科学基金NRAO/ALMA（ESO/NAOJ/NRAO）/NASA/JPL加州理工学院/JWST/B.萨克斯顿。ALMA发现了圆盘，而MIRI发现了喷流。NASA-ARC的合著者Valentin J.M.Le Gouelec检索并减少了ALMA档案数据，以揭示这些圆盘的组成，而莱顿天文台的Lukasz Tychoniec提供了高分辨率图像，揭示了这些圆盘的巨大尺寸，大约是地球和太阳之间距离的100倍。另一位合著者Martijn L.van Gelder提供了资源来处理MIRI收集的数据，揭示了喷气式飞机的化学成分。Barsony补充道，“所以如果没有MIRI，我们甚至不会知道这些喷气式飞机的存在，这太神奇了。”ALMA对两颗新观测到的恒星周围圆盘的高分辨率观测揭示了圆盘的结构，正如Barsony所解释的，“有人在看ALMA的数据时不知道有双喷流，会想，哦，这是一个有中心孔的大边缘圆盘，而不是两个边缘圆盘和两个喷流。这非常了不起。”这一发现的另一个值得注意的地方是，它可能从未有机会发生。JPL科学家Michael Ressler解释道：“很多关于双星原恒星的研究都集中在附近的几个恒星形成区域。我在JWST获得了一些自己的观测时间，我选择将其分成几个小项目。”。“在一个项目中，我决定研究英仙座恒星形成区的双星。然而，我已经研究了WL20近30年，它位于几乎与天空相反的蛇夫座区域，我想，‘为什么不把它偷偷带进来呢？我再也不会有机会了，即使它与其他的不太吻合。’我们的发现发生了一次非常幸运的事故，结果令人震惊。"通过结合ALMA和JWST的多波长数据，这些新发现揭示了多恒星系统形成的复杂过程。天文学家计划利用ALMA未来升级的能力，如宽带灵敏度升级，继续解开恒星和行星系统诞生的奥秘。