刺穿银河尘土飞扬的核心，发现活跃的超大质量黑洞的秘密

研究人员将使用美国宇航局即将推出的詹姆斯·韦伯太空望远镜对附近星系Centaurus A的核心进行地图绘制和建模。

随着数百年来技术的进步，天文学家对附近的半人马座Centaurus A的观测也有所改善。他们像洋葱一样将其层剥离，发现其摆动的形状是两个亿多年前合并的星系的结果。它还在其心脏上有一个活跃的超大质量黑洞，被称为活跃的银河核，它周期性地发出双射流。尽管取得了这些进步，但Centaurus A的尘土飞扬的核心仍然十分神秘。Webb的高分辨率红外数据将使研究团队能够非常精确地揭示出中心位置的一切。

半人马座A运动着弯曲的气体和尘埃中心盘，这是过去碰撞和与另一个星系合并的证据。它也有一个活跃的银河核，周期性地发射射流。它是天空中第五明亮的星系，距离地球只有1300万光年，这使其成为研究活动的银河系原子核的理想目标。

半人马座A是一个银河系的巨人，但它在望远镜观测中的出现可能具有欺骗性。在紫外线，可见光和近红外光下，遍布中央区域的深色尘埃带和年轻的蓝色星团显得很柔和。但是，通过切换到X射线和无线电光视图，一个更加喧闹的场景开始展现出来：从畸形椭圆形星系的核心开始，壮观的物质射流从其活跃的超大质量黑洞（被称为活跃的银河核）喷涌而出，将物质送入太空，远远超出了银河系的极限。

确切地说，导致所有这些活动发生在其核心的是什么？由欧洲航天局的诺拉·吕兹根多夫（NoraLützgendorf）和马卡雷纳·加西亚·马林（MacarenaGarcíaMarín）领导的近期观测结果，使用NASA的James Webb太空望远镜，将使研究人员首次以高分辨率观察其尘土飞扬的核心，从而开始回答这些问题。

半人马座A的尘埃核心在可见光下很明显，但最好在X射线和射电光下观察其射流。NASA的詹姆斯·韦伯太空望远镜即将在红外光中进行观测，研究人员希望能更好地查明银河系中央超大质量黑洞的质量，以及能显示射流喷射位置的证据。

吕兹根多夫解释说：“半人马座A发生了很多事情。”“银河系的气体，磁盘和恒星都在其中央超大质量黑洞的影响下移动。由于银河系离我们如此近，我们将能够使用Webb来创建二维地图，以查看气体和恒星如何在其中心区域移动，它们如何受到来自活跃银河系原子核的射流的影响，以及最终更好地表征了其黑洞的质量。”

快速回顾

让我们点击“倒带”以回顾一下有关Centaurus A的已知知识。由于它离我们很近，距离我们大约有1300万光年，因此我们对其进行了充分的研究，这意味着我们可以清楚地分辨整个星系。它的第一个记录是在1800年代中期记录的，但是直到1950年代，天文学家才失去了兴趣，因为该星系似乎是一个安静的椭圆形星系，即使形状不正确。一旦研究人员能够在1940年代和50年代开始使用射电望远镜进行观测，半人马座A变得更加有趣-它的喷射器就出现了。1954年，研究人员发现半人马座A是两个星系合并的结果，后来估计它们发生在一亿年前。

位于银河系中心的超大质量黑洞是巨大的。它们周期性地从绕其旋转的气体和尘埃的旋转盘中““饮”或“吞咽”，这可能导致大量流出，影响本地和更远地区的恒星形成。当美国国家航空航天局的詹姆斯·韦伯太空望远镜开始观察星系的核心时，其红外仪器将穿透尘埃以提供图像和令人难以置信的高分辨率数据，从而使研究人员能够精确地了解一个过程如何引发另一个过程，以及它们如何形成巨大的反馈回路。

在2000年代初期，随着更多的观测结果，研究人员估计，大约在一千万年前，其活跃的银河核向相反方向发射了双喷流。从X射线到无线电波，从整个电磁频谱进行检查，很明显，这个故事我们还有很多地方需要学习。

“任何银河系的多波长研究就像洋葱的层。每个波长都显示出不同的东西，”Marín说。“借助韦伯的近红外和中红外仪器，我们将看到比以前的观测结果更冷的气体和尘埃，并且可以了解有关银河系中心环境的更多信息。”

可视化Webb的数据

由吕茨根多夫（Lützgendorf）和马林（Marín）领导的团队将不仅通过用韦伯（Webb）拍摄图像，而且通过收集称为光谱的数据来观察半人马座A，从而将光像彩虹一样散布到其组成波长中。韦伯的光谱将揭示有关银河系中心物质的温度，速度和成分的高分辨率信息。

尤其是Webb的近红外光谱仪（NIRSpec）和中红外仪器（MIRI）将为研究团队提供数据的组合：一个图像以及该图像每个像素内的光谱。这将使研究人员能够从光谱中构建出复杂的2D地图，从而帮助他们识别中心的尘埃幕背后发生了什么，并从多个角度进行深度分析。

将此建模风格与花园分析进行比较。植物学家以特定的特征集对植物进行分类的方式相同，这些研究人员将根据Webb的MIRI对光谱进行分类，以构建“花园”或模型。“如果您从远处拍摄花园的快照，”Marín解释说，“您会看到绿色的东西，但是使用Webb，我们将能够看到独立的叶子和花朵，它们的茎，甚至是下面的土壤。 ”

研究小组在研究光谱时，会从花园的单个部分构建地图，将一个光谱与附近的另一个光谱进行比较。这类似于根据对“茎”，“叶”和“花”进行比较来确定哪些部分包含哪些植物。

“在光谱分析方面，我们进行了许多比较，”Marín继续说道。“如果我比较该区域的两个光谱，也许我会发现所观察到的包含大量的年轻恒星。或确认哪些区域既尘土飞扬又受热。也许我们将识别出来自活跃银河核的发射。”

换句话说，光谱的“生态系统”具有许多层次，这将使团队能够更好地精确定义存在的事物和存在的事物–这是由Webb的专用红外仪器实现的。而且，由于这些研究将建立在以前的许多研究的基础上，因此研究人员将能够通过识别新功能来确认，完善或开拓新的领域。

称重半人马座A中的黑洞

NIRSpec和MIRI提供的图像和光谱的组合将使团队能够在Centaurus A中心创建非常高分辨率的气体和恒星速度图。“我们计划使用这些图来模拟整个磁盘Lützgendorf解释说。

观察超大质量黑洞的喷流和风对它的宿主星系的影响，以及数百万年以来数十万光年以外的空间。

由于研究人员了解黑洞的重力如何控制附近气体的旋转，因此他们可以使用Webb数据权衡半人马座A中的黑洞。利用更完整的红外数据集，他们还可以确定黑洞的不同部分是否气体的行为均符合预期。“我期待着完整填写我们的数据，”吕茨根多夫说。“我希望看到电离气体的行为和旋转，以及我们在哪里看到喷射流。”

研究人员也希望能开辟新天地。吕兹根多夫解释说：“有可能我们会发现我们尚未考虑的事情。”“在某些方面，我们将用Webb覆盖全新的领域。”Marín全心全意地同意，并补充说，基于大量的现有数据是无价的。她说：“有关这些观察结果最令人振奋的方面是新发现的潜力。”“我认为我们可能会发现一些使我们回头看其他数据并重新解释之前看到的内容的东西。”

这些对半人马座A的研究将作为Gillian Wright和Pierre Ferruit的联合MIRI和NIRSpec保证时间观测计划的一部分进行。韦伯的所有数据最终将存储在巴尔的摩太空望远镜科学研究所的Barbara A. Mikulski太空望远镜档案馆（MAST）中。

詹姆斯·韦伯（James Webb）太空望远镜将于2021年发射升空，它将是世界上最重要的太空科学天文台。韦伯将解决我们太阳系中的谜团，将目光投向其他恒星周围的遥远世界，并探索宇宙的神秘结构和起源以及我们在宇宙中的位置。Webb是一项由NASA及其合作伙伴ESA（欧洲航天局）和加拿大航天局领导的国际计划。