天文学家发现两个巨大的旋臂为超大质量黑洞提供食物

气体通过嵌入圆盘中的两个螺旋臂流向黑洞。这些手臂为底部黑洞周围的甜甜圈形云提供食物。图片来源：ALMA（ESO/NAOJ/NRAO）/ESO/W. Goesaert 等人

（蜘蛛网eeook.com）据今日科学新闻：在一千三百万光年之外，在我们自己的银河系的朦胧帷幕之外，坐落着一个星系，它一直在悄悄地隐藏着一场宇宙戏剧。Circinus 星系——南方天空中一个尘土飞扬、活跃的螺旋系统——终于让天文学家清楚地了解了其中心超大质量黑洞是如何进食的。他们的发现既令人着迷又令人谦卑：两个巨大的螺旋气体臂像天河一样向内蜿蜒，为银河系中心的黑暗心脏提供食物。

这一发现由莱顿大学的沃特·戈萨尔特 （Wout Goesaert） 和他的国际团队领导，让我们得以近距离了解宇宙中最神秘的现象之一——黑洞如何“吃东西”。研究人员利用智利强大的 ALMA 天文台表明，这些螺旋气体结构充当宇宙馈电通道，引导物质走向中心黑洞。但与许多宇宙故事一样，结局远非简单：只有一小部分材料能够进入事件视界。

超大质量黑洞，即锚定星系的引力巨星，因其食欲而臭名昭著。它们消耗气体、尘埃，有时甚至会消耗离得太近的恒星。然而，尽管他们饥饿感极大，但他们的食客效率却出奇地低。围绕着它们旋转的大多数材料永远不会越过不归路。相反，其中大部分被加热、破坏或以巨大的流出方式抛回太空。

关于 Circinus 的新研究证实了这一画面，并添加了一个令人惊叹的新细节。那里的黑洞重量是太阳的数百万倍，由两个由气体制成的雄伟旋臂供电。这些臂以惊人的速度将材料向内输送——高达每小时 150,000 公里。但最终，只有大约 12% 的物质真正消失在黑洞中。其余的被扔掉，形成一个流入和流出的宇宙循环，既饿死又维持银河系。

捕捉这个过程并非易事。Circinus 星系虽然按照宇宙标准相对较近，但直到 1977 年才被发现——隐藏在银河系明亮、尘土飞扬的平面后面。为了透过这层宇宙面纱窥视，天文学家求助于阿塔卡马大型毫米/亚毫米阵列 （ALMA）——一个坐落在智利阿塔卡马沙漠高处的射电望远镜网络。

ALMA 不像我们的眼睛那样捕捉光线。相反，它检测毫米和亚毫米波长——深空气体和尘埃的微弱热辉光。通过结合来自数十个独立天线的数据，它可以以极高的精度绘制空间区域，即使在光学望远镜是盲目的地方也是如此。

当 Goesaert 和他的同事分析 ALMA 数据时，他们注意到了一些非凡的事情。黑洞附近的气体并不是像插图中通常描绘的那样排列在一个简单的圆盘中。相反，它似乎沿着两条螺旋路径向内移动——就像水以慢动作从下水道中旋转一样。

“在动画片中，你有时会看到一个气体盘消失在黑洞中，就好像它是一个漩涡一样，”戈萨特解释道。“但是，如果没有供应渠道，这样的圆盘将永远继续旋转。所以你需要一条某种通道。这就是我们的螺旋臂发挥作用的地方。

获得这一启示的道路并不平坦。就在戈萨特在2023年硕士研究期间开始分析数据时，另一个小组发表了一篇关于同一星系和同一个黑洞的论文。有那么一瞬间，他们的工作似乎黯然失色。

他的导师、ASTRON（荷兰射电天文学研究所）的 Violette Impellizzeri 博士回忆起那个紧张的时刻：“这让我们很担心。但我们决定不放弃。我们深入研究了数据，更仔细地研究了数据，并搜索了更多细节。

这个决定得到了回报。通过使用额外的 ALMA 观测和更先进的建模技术，Goesaert 的团队发现了未被注意到的双螺旋结构。他们意识到，这些手臂是缺失的环节——物质向内流向黑洞的管道。

结果描绘了一幅动荡的宇宙环境的图景。气体沿着旋臂向内流动，在靠近黑洞时碰撞、加热和压缩。然而，其中大部分并没有走到最后。在混乱的内部区域的某个地方，强风和辐射将大部分物质向外吹回。

这意味着黑洞陷入了一种拉锯战——在重力将气体吸入和能量反馈将其推开之间。这些力之间的平衡决定了星系的演化方式。当黑洞消耗更多的物质时，它会变得更加活跃，发出强烈的辐射，可以抑制恒星的形成。当它消耗较少时，银河系的气体可以冷却和凝结，从而产生新的恒星。

就 Circinus 而言，88% 的落入气体被喷射出来，黑洞似乎处于一个克制阶段——啃食而不是吞噬。然而，即使是那一小部分落入的物质也足以为来自星系中心的强烈辐射提供动力，使其成为最接近“活跃星系核”的例子之一。

该研究提出的最有趣的问题之一是没有落入的气体会发生什么。它只是漂流，消失在太空中吗？还是它又下雨了，也许会在银河系的郊区引发新一波恒星形成？

Goesaert 和他的团队决心找出答案。这些答案可能会重塑我们对星系如何在数十亿年内生长和演化的理解。逃脱黑洞控制的物质并没有被浪费——它成为宇宙周期的一部分，用更重的元素丰富星际空间，并为后代恒星和行星播种。

正如 Goesaert 所说，“最初的结果需要更多。为什么到达黑洞的物质如此之少？所有超大质量黑洞都有这样的旋臂吗？喷射的物质是回落，还是会在银河系的其他地方引发新的生命？

为了回答这些问题，天文学家将很快转向两种非凡的仪器：事件视界望远镜 （EHT） 和极大望远镜 （ELT）。

EHT 是一个全球射电天文台网络，于 2019 年创造了历史，当时它捕捉到了 M87 星系中黑洞影子的第一张图像。此后，它制作了银河系中心的黑洞人马座 A* 的类似图像。未来的观测可以解决 Circinus 黑洞周围更精细的细节，揭示这些旋臂在事件视界附近的行为方式。

与此同时，目前正在智利建设的 ELT 将成为地球上最大的光学望远镜，能够以无与伦比的分辨率观测微弱的星系中心。在它的帮助下，科学家们希望实时观察宇宙喂养过程的展开，将黑洞吸积的小尺度力学与星系的大规模演化联系起来。

Circinus 星系的发现不仅仅是另一个天文学发现。它提醒我们，宇宙充满了悖论——美丽源于混乱，秩序源于暴力。黑洞是毁灭的终极象征，也塑造着创造。通过吞咽和吐出物质，它们调节星系如何生活、呼吸和发光。

Circinus 黑洞周围的旋臂不仅是厄运的通道，也是厄运的通道。它们是宏大的宇宙循环的一部分——自古以来一直在进行的物质和能量之舞。在它们旋转的运动中，反映了星系本身，也许也反映了生命自身的节奏：吸引、释放和更新。

几个世纪以来，黑洞只是数学上的好奇心——理论想象的看不见的怪物。今天，多亏了像 ALMA 这样的仪器，我们不仅可以探测到它们，还可以观察它们进食、呼吸和塑造周围环境。Circinus 的发现是这一持续理解之旅中的一个里程碑——它让我们更接近解开星系，也许是宇宙本身是如何演化的。

在那个隐藏的星系深处的某个地方，两只螺旋臂继续围绕着一个看不见的核心扭曲，引导气流走向贪得无厌的黑暗。这些材料中的大部分永远不会成功，在饥饿和抵抗的永恒循环中被扔回太空。然而，在这场宇宙斗争中，宇宙书写了它最深刻的故事之一——即使在黑洞的阴影下，创造与毁灭也永远交织在一起。

每一个这样的发现背后都隐藏着另一种奇迹——人类的好奇心。从荷兰的一所小型大学到智利的广袤沙漠，人们凝视着宇宙，破译着光的语言，提出了超越我们世界的问题。

当 Goesaert 和他的团队准备在《天文学与天体物理学》上发表他们的工作时，他们的发现提醒我们一些永恒的东西：宇宙不仅存在于外面，它还在我们内心。我们的原子诞生于古代恒星的心脏，现在建造了能够理解其起源的望远镜和思想。

最后，Circinus 黑洞的故事不仅仅是关于引力或气体。这是关于联系——星系与观察者之间、过去与未来之间、神秘与发现之间。这是一个从黑暗开始，但总是在光明中结束的故事。

更多信息：Wout M. Goesaert 等人，环环星系活动核中的环面进食和流出发射，arXiv （2025）。DOI：10.48550/arxiv.2510.05199