科學研究 - XRISM天文衛星發現銀河系中心黑洞釋放的氣體呈意料之外的「子彈狀」

X射線天文衛星「XRISM」的國際研究團隊宣佈，發現從銀河系中心巨大黑洞噴出的氣體風並非如過去一貫認為的那樣平滑，而是呈子彈般的間斷性釋放。研究團隊觀測距離地球20億光年的黑洞「PDS456」後確認了該現象。觀測還查明這種風的能量之大超過預期，該成果將迫使學術界重新審視有關星系與巨大黑洞關係的理論。

噴除氣體風的PDS456示意圖（供圖：JAXA）

黑洞是質量極大的超高密度天體。周圍的空間時間扭曲，連光都無法逃脫。除了由大質量恆星在生命末期發生大爆炸而形成外，許多星系的中心都存在質量超過太陽100萬倍的巨大黑洞。此處噴出的高速氣體似乎與黑洞本身的生長和星系內恆星的形成密切相關，但此前無法進行高精度觀測以致具體情況成謎。

研究團隊利用自2023年9月開始投入運行的XRISM衛星，於2024年3月對位於巨蛇座的PDS456進行了詳細觀測。根據周圍X射線被氣體吸收的情況，發現存在五種不同速度的氣體風。據悉在以往的觀測中，氣體風被認為是單一的平滑形態，但高精度的XRISM卻捕捉到其呈現「子彈般斷斷續續的結構」。此外，以X射線照射的氣體發出的光的波長為線索，還發現風幾乎向所有方向噴出。

XRISM對PDS456的觀測結果（右側圖表）。捕捉到5種不同速度的氣體風。左側為示意圖（供圖：JAXA）

根據這些結果推斷，噴出的氣體量巨大，與之前認為的平滑風的情況相比，攜帶的能量要大得多。傳統理論認為，黑洞附近產生的風的能量會全部擴散到星系的廣闊範圍內，並控制星系的演化。而此次結果將其推翻，表明風的能量沒有充分擴散。這意味著星系和中心的巨大黑洞會相互關聯演化的「共進化」傳統理論，將被迫面臨重新審視。

研究團隊成員、福岡教育大學教育學部的水本岬希講師表示：「在XRISM發射升空前，我曾預料到會出現子彈狀的氣體風並撰寫了論文。但沒想到會如此（明顯），看到觀測結果的第一印象，我甚至懷疑是否出現了數據處理錯誤。然而並沒有出錯，‘意料之中’和‘意料之外’的感覺交織在一起，讓我感到很興奮。」

研究團隊認為存在兩種情況：（1）子彈狀的風只是偶爾噴出；（2）風穿透星系內氣體稀薄的區域飛出。

東京大學研究生院理學系研究科的萩野浩一助教解釋稱：「如果繼續用XRISM調查各種黑洞，就有望加深對這種風對共進化影響的理解。」

該成果已於日本時間上月15日發表在英國科學雜誌《Nature》上，日本國立研究開發法人宇宙航空研究開發機構（JAXA）同日發佈了消息。