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艺术家对遥远类星体及其两极喷射出的相对论性喷流的想象图。图片来源：欧洲南方天文台（ESO）M.科恩梅瑟

超大质量黑洞（SMBH）位于许多星系（从小星系到大型星系）的中心，是一种真正的自然力量。随着时间的推移，其周围的尘埃和气体向它们坠落，在事件视界外形成一个吸积盘，盘中物质被加速到接近光速（即相对论性速度）。这会释放出巨大的能量，使星系核心区域在一段时间内比星系盘中所有恒星都更亮，这就是所谓的活动星系核（AGN）。随着时间的推移，这些物质会慢慢吸积到黑洞表面，也会产生全频谱的辐射。

这个过程还会产生辐射压力，即风，这种风会影响核心区域，并通过抑制恒星形成深刻影响星系演化。在某些情况下，超大质量黑洞会形成由热气和尘埃组成的喷流，这些喷流以接近相对论速度从黑洞两极喷射而出，即便在数百万光年外也能被观测到。根据一个国际天文学家团队的最新研究，黑洞不仅会吞噬物质，还会对物质进行管理。他们的研究结果显示，黑洞要么将物质以相对论性喷流的形式喷射到太空中，要么用强大的风将物质吹走。

这项研究由张作斌（ZuobinZhang）牵头，他是上海复旦大学天文与天体物理研究中心以及牛津大学的高能天体物理学博士后研究助理。他和他的同事们与来自意大利国家天体物理研究所罗马天文台、安东潘涅库克天文研究所、巴黎天文台里拉站、哈佛史密森天体物理中心（CfA）、空间科学实验室（SSL）以及全球多所大学的天文学家展开合作。他们的研究成果详细发表在《自然天文学》杂志的一篇论文中。

展示黑洞解剖结构的交互式图表。查看更多内容。图片来源：美国国家航空航天局

关于黑洞最常见的误解之一是认为它们只会吞噬物质。然而，在物质穿过事件视界（有去无回的边界）之前，物质首先会落入吸积盘，其中大部分物质会被喷射到太空中。这以两种方式发生：一是前面提到的相对论性喷流，它由聚焦的等离子体流组成，由黑洞的磁场和自转提供动力；二是X射线风，它是由辐射和磁压力从吸积盘表面吹出的速度较慢、范围更广的电离气体外流。

我们正在观测黑洞吸积流内部一种可被描述为充满能量的拉锯战现象。当黑洞喷射出高速等离子体喷流时，X射线风会减弱；而当X射线风再次增强时，喷流就会消失。这让我们对黑洞如何调节自身能量输出以及与周围环境相互作用有了基本认识。

艺术家对一个星系的印象图，该星系在其核心超大质量黑洞喷出的强大物质外流中形成恒星。图片来源：欧洲南方天文台M科恩梅瑟

这种宇宙跷跷板行为表明，黑洞有一种自我调节机制，在这种机制中，喷流和外流风会争夺相同的能量或物质。不过，由于两者带走的质量和能量相当，总流出量保持相对稳定。

我们的观测提供了明确证据，表明黑洞双星系统会在强大的喷流和高能风之间切换——从不同时产生两者——这凸显了黑洞不同形式外流之间复杂的相互作用和竞争，牛津大学博士后研究助理、该论文第一作者张博士补充道。

这一发现对许多关于黑洞喷流如何产生能量的先前假设提出了挑战。例如，该团队的研究结果表明，风与喷流之间的转换可能取决于吸积盘磁场结构的变化，而不仅仅取决于黑洞吸积的物质数量的变化。无论如何，风与喷流之间的平衡对黑洞的演化至关重要，而这反过来又会影响其周围恒星的形成速率以及其所在星系的整体演化。

简而言之，黑洞并非简单地吞噬物质，它们会对物质进行排列和管理，其方式超出了物质供应本身。这种类似跷跷板的行为为理解黑洞如何运作以及塑造宇宙提供了全新且有力的视角。

BY: Matthew Williams

FY: AI

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