科學研究 - 阿爾瑪望遠鏡觀測到黑洞噴流與星際氣體碰撞

日本近畿大學的井上開輝教授等人的研究團隊使用阿爾瑪望遠鏡，以前所未有的高解析度成功地拍攝到了距離地球110億光年的星系中心由超巨大黑洞噴出的超高速氣流（噴流），以及由此導致星系中的星際氣雲劇烈震盪的情形。這表明，即使在星系演化的初期階段，噴流也對星系内的氣體產生了重大影響，由此向查清星系的演化程序邁出了重要的一步。

利用阿爾瑪望遠鏡觀測到的資料，再現了類星體MG J0414+0534受重力透鏡效應影響之前的原始姿態偽色影像。橙色表示塵埃和高溫電離氣體，綠色表示一氧化碳分子氣體。可以看出，一氧化碳分子在星系核兩側呈噴流狀分佈。Credit: ALMA (ESO/NAOJ/NRAO), K. T. Inoue et al.

大部分星系的中心都有巨大的黑洞。巨型黑洞既有周圍物質聚整合圓盤狀發射出強光的類型（類星體），也有把吸進的部分物質按照很細的超高速氣流（噴流）噴出的類型。研究認爲噴流會對星系的演化產生重大影響，比如其與周圍星系内的氣體（星際氣體）碰撞，會擠製出大量作爲恆星材料的氣體，從而抑制恆星的形成等。不過，此前一直不清楚導致氣體流出的是噴流還是黑洞周圍的圓盤釋放的強光。

在距離地球較近的星系，已經觀測到噴流與星際氣體雲碰撞，導致氣體流出的情形。但尚未完全瞭解在星系演化初期，噴流是如何影響星際氣雲的。因爲要想調查星系演化初期的情形，需要觀測遠方的星系，而以前的觀測解析度達不到。

井上等人的研究團隊爲探索噴流在星系演化初期是如何影響星際氣體雲的，利用阿爾瑪望遠鏡觀測了距離地球110億光年的類星體MG J0414+0534。衆所周知，MG J0414+0534還是受「重力透鏡效應」影響的天體。位於MG J0414+0534與地球之間的其他星系的重力發揮了透鏡的作用，MG J0414+0534發出的光的路徑被大大彎曲。

作爲研究團隊成員之一的東京大學峯崎嶽夫副教授解釋說：「從地球上觀測的話，MG J0414+0534在重力透鏡效應的影響下，看起來是4個影像，而且每個影像看起來都被大大等比增大。重力透鏡具有可以更詳細地觀測遠方天體的‘天然望遠鏡’功能。」

透過此次的觀測，研究團隊成功地以高解析度拍攝到了4個影像。另外，還精確調查了重力透鏡效應，並利用4個影像再現了等比增大之前的天體的原始姿態。阿爾瑪望遠鏡此次實施的解析度約爲0.04角秒，再加上重力透鏡的等比增大效果，實施的解析度約爲0.007角秒，相當於9000視力。也就是說，以極高的解析度分解並繪出了110億光年之外的類星體MG J0414+0534的周圍情況。

利用阿爾瑪望遠鏡觀測的類星體MG J0414+0534的偽色影像。橙色表示塵埃和高溫電離氣體，綠色表示一氧化碳分子。受重力透鏡效應影響，看起來是4個影像。Credit: ALMA (ESO/NAOJ/NRAO), K. T. Inoue at al.

研究團隊的另一位成員、日本國立天文臺的中西康一郎特任副教授表示：「透過結合重力透鏡效應和阿爾瑪望遠鏡的高性能，以前所未有的高解析度觀察到了遙遠的類星體周圍的星際氣體。」

獲得的MG J0414+0534影像顯示，類星體的中心部位有非常明亮的電波源，一氧化碳分子氣體分佈在其左右兩側。另外，詳細調查一氧化碳分子釋放的電波發現，氣體以每秒高達600km的速度沿着噴流劇烈行程。研究團隊認爲，這表明超巨大黑洞釋放的噴流與周圍的星際氣體雲碰撞，氣體雲激烈震盪。這是首次以影像的形式看到噴流與星際氣體雲在110億光年之外的遙遠類星體周邊碰撞的現場。

另一點值得注意的是，噴流與星際氣體雲碰撞的區域遠遠小於典型的星系尺寸。這表明，噴流剛剛開始噴射不久。MG J0414+0534的觀測特徵跟透過理論類比預測的、與非常年輕的噴流相輔作用的星際氣體雲的性質高度一致。