Spitzer为天文学家提供了一种观看银河系巨大黑洞的新途径

天文学家正在使用NASA的Spitzer太空望远镜进一步探索人马座A *。

在我们银河系的中心是一个名为射手座A *的宇宙野兽。这个超大质量的黑洞将大约四百万个太阳质量打包成一个大约相当于我们太阳系大小的体积。

最近，NASA的Spitzer太空望远镜开始探索这个奇异的物体。望远镜在其13年的职业生涯中观测到了很多宇宙现象，从星系团到恒星托儿所，但是银河系中心的黑洞从来都不是航天器设计者计划的一部分。

“十年前，如果您提到与Spitzer一起做这样的科学，没有人会认真对待您，”位于加利福尼亚州帕萨迪纳市的NASA喷气推进实验室的研究天文学家Varoujan Gorjian说，他研究超大质量黑洞。“我们感到非常高兴的是，由于最近的灵敏度提高，当瞄准银河系中心的黑洞时，斯皮策现在可以充当我们箭袋中的另一支箭。”

灵敏度提升涉及最初旨在研究系外行星的观测模式。它为Spitzer提供了监视此怪兽黑洞发出的红外耀斑的出乎意料的功能，该黑洞被称为射手座A *（发音为“射手座A星”）。在2013年12月的一次试运行中，Spitzer经历了前所未有的23小时曝光。尽管其他望远镜已经观测到了射手座A *区的变化，但斯皮策还是第一个在4.5微米波长处观测到它的变化。

在这一成功的基础上，新一轮的观测工作已经完成，斯皮策与美国宇航局的钱德拉X射线观测站以及地面的ALMA和SMA微波观测站同时观测了人马座A *。Spitzer的贡献将有助于我们不断努力，以了解与类似星系中的黑洞相比，银河系的大黑洞为何如此平静地吸收或吞噬物质。

“我们现在可以使用Spitzer来研究吸积流最内部区域到事件视界附近黑洞的发射，”马萨诸塞州剑桥市哈佛-史密森尼天体物理学中心（CfA）的天文学家约瑟夫·霍拉（Joseph Hora）说。 ，也是《天体物理学杂志》 2014年研究的主要作者，该研究报告了斯皮策的人马座A *观测结果。观测项目由CfA的乔瓦尼·法齐奥（Giovanni Fazio）领导，合作者包括由安德里亚·格兹（Andrea Ghez）领导的加利福尼亚大学洛杉矶分校（UCLA）银河中心小组。

盯着一个怪物

距人马座26,000光年的射手座A *被灰尘完全遮盖。地球上的射电望远镜是第一个在射手座A *上进行磨练的人，因为无线电波可以自由穿过尘埃以及地球大气层。此后，其他有关人马座A *的重要见解来自钱德拉望远镜，后者收集了太空中穿透尘埃的X射线。

射手座A *在红外光下的研究一直很棘手，但取得了巨大的成功。尽管红外光也可以穿透灰尘，但是只有某些红外波长才能穿过地球大气层。另外，这些观测必须与大气和望远镜设备本身发出的红外光竞争。

尽管存在这些障碍，但从1990年代中期开始，夏威夷的10米高的凯克望远镜（Keck Telescope）跟踪了（红外）恒星的轨道，在我们银河系的中心绕着一团看不见的巨大质量发出无线电波和X射线。

最近的地面观测发现人马座A *本身发射了红外光，大概是因为它射中了一些太近偏离的物质。研究人员迫切希望获得更多有关射手座A *变异性的观察结果。将这些其他波长的数据与无线电波和X射线进行比较，将有助于他们为射手座A *与宇宙环境相互作用的方式建立一个完整的模型。

受到凯克实验结果的鼓舞，法齐奥和同事开始考虑使用斯必泽的红外热像仪来研究人马座A *。不过，赔率看起来并不好。由于Spitzer的分辨率无法与Keck望远镜相提并论，因此射手座A *发出的光将与黑洞中央银河系附近的许多明亮恒星的光混合。因此，跟踪其变异性似乎超出了Spitzer的能力范围。

释放Spitzer的全部力量

幸运的是，在2010年代初期，NASA工程师已经在寻求提高Spitzer的稳定性和针对性-本质上讲，是它具有选择宇宙中一个地点并以最小的晃动凝视它的能力。升级的目的是让Spitzer固定地指向一颗恒星，并在系外行星越过或越过时注意微小的变暗。这样的过境揭示了系外行星的大小，以及有关其大气成分的线索。

为了获得系外行星研究所需的稳定性，斯皮策的工程师采取了三个步骤。首先，在2010年10月，由于内部加热器打开一个小时来加热电池，他们在Spitzer内部间歇性摆动。工程师设法将摆动减少了一半，同时通过将加热器减少到30分钟的循环来节省电池。接下来，2011年9月，工程师重新调整了Spitzer早期低温任务中使用的“ Peak-Up”相机的用途。Peak-Up摄像头可以将红外光精确地放置在Spitzer红外摄像头的像素的精确部分上。工程师还为其“最佳点”绘制了一个独立像素，该像素可以返回最稳定的观察结果。

通过这些改进，理论上Spitzer可以寻找由于射手座A *引起的微小亮度变化，而无需将物体与其附近的恒星隔离。因为那些相邻的恒星的亮度变化不大，所以射手座A *可以将来自该区域的组合光中看到的任何变化归因于活动。值得注意的是，斯皮策可以探测到银河系核心发出的红外光变化的十分之几。

“当射手座A *耀斑时，它会在红外范围内产生更多的光。如果耀斑足够明亮，那么斯皮策就会看到光线已经照在望远镜的正上方，”高坚说。

Spitzer可以不受地球大气层的干扰，而且可以连续20多个小时监视人马座A *，因此是对黑洞进行地面红外观测的重要扩展。

Hora说：“有了Spitzer，您可以监视更长的时间，这对于确定导致人马座A *变异的因素至关重要。”

斯皮策在今年夏天与钱德拉（Chandra）一起即将进行的观测将收集红外和X射线发射，以探测非常接近人马座A *黑洞本身的物质，从​​而帮助测试造成耀斑的原因的模型。对于Spitzer来说，这是一个全新的科学目标，自2003年夏季推出以来，多年来一直令人惊讶和欣喜。