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小編的世界 優質文選 宇宙

這些雲居然可以與黑洞共存,到底是怎樣的雲?和地球上的一樣嗎?


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2022年5月20日 -
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簡介:利用計算機模擬物質團運動,科學家們對“黑洞周圍的物質團外圍要比內緣溫度高”做出初步解釋:內緣高密度物質碰撞致使升溫,高溫粒子向外逃逸,冷卻物質向內沉降導致內冷外熱。

在浩瀚宇宙的陰影中,所有潛伏的宇宙生物裏,也許沒有一種生物能像黑洞那樣難以捉摸,可怕和無情。

沒有什麼能逃過黑洞的強大控制力,甚至連光也不能。大量的物質被擠在一個狹小的空間裏,並具有吞噬周圍氣體和灰塵的引力。

然而,在黑洞附近已經觀察到大規模的宇宙雲,這些宇宙雲沒有受到傷害。到目前為止,科學家們一直不確定它們的起源,也不確定它們是如何冷到可以和黑洞在一起。但是一項新的研究可能剛剛揭開了這對不可能的組合背後的秘密。

這項研究發表在《天體物理學雜志》上,可以幫助改善天文學家對黑洞及其周圍環境的觀察。

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什麼是宇宙雲?

存在於深空的雲與我們在白天的天空中看到的雲不同。宇宙雲不是由水蒸氣形成的,而是由密集的、結塊的氣體組成的,可以延伸到地球與離我們太陽最近的恒星半人馬座之間的距離,存在於超過4光年之外的地方。

圖解:藝術家對位於星系中心的黑洞的描述,周圍是叢生的雲層。圖源:Nima Abkenar

天文學家一直在觀察星系中心一些更巨大的黑洞附近的巨大的雲團,但並不真正了解它們是如何形成的。

為了幫助解決這個謎團,這項新研究背後的研究小組創建了一個計算機模型,模擬黑洞的氣體外流現象 。

隨著氣體和塵埃等物質落入黑洞,一些氣體也會向外流動,離開星系中心。銀河系中心附近區域的能量往往是很高的,當黑洞用其引力將它們拉入時,所有在黑洞周圍移動的粒子都會產生熱氣。

這些雲開始時很小,之後會在超過1個parsec(約19萬億英裏)的地方大規模增長,並以每小時約2000萬英裏的速度移動。

但是,這種氣體流動並不像科學家預期的那樣平滑。相反,這些氣體形成了結塊的雲。如果氣體流動的速度足夠快,那麼它就不會降溫到足以形成團塊。

這項新研究背後的作者之一,拉斯維加斯內華達大學的天體物理學家Daniel Proga,他將其比作等待上高速路匝道的汽車。他在一份聲明中這樣描述:"每隔一段時間,你就會有一群汽車,"。

為了解釋這些雲,這項新研究研究人員提出,因為氣體周圍的密度在外圍稍低,這導致它比更遠處的氣體升溫更快。據美國宇航局稱,其結果類似於使熱氣球漂浮的浮力,氣球內加熱的空氣比外面較冷的空氣輕,而密度的差異使氣球上升。

"這項工作很重要,因為天文學家總是需要把雲放在一個特定的位置和速度,以適應我們從<活動星系核>看到的觀察結果,"內華達大學的博士生、該研究的主要作者Randall Dannen在一份聲明中說。"他們往往不關心雲層是如何形成的具體情況,而我們的工作為這些雲層的形成提供了一個潛在的解釋。"

研究人員要進一步研究這些宇宙雲,希望能找出雲層移動如此之快的原因。

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摘要:在活動星系核(AGN)中,可能驅動質量外流的主要機制之一是熱驅動。電離和加熱等離子體的X射線也會使其熱不穩定。事實上,觀察到的AGN風中的團塊是由熱不穩定性(TI)造成的。雖然許多采用AGN外流的隨時間變化的數值模擬的研究已經包括了TI的必要物理學,但目前為止,還沒有一個研究能夠產生結塊現象。

我們在這提出了第一個這樣的一維和二維的結塊風模擬,通過模擬被AGN照射的准星系尺度的外流而得到的。通過對廣泛的參數調查和物理論證的分析,我們發現,以前的數值模型中缺乏結塊的現象可以歸因於以下三種影響。

1.沒有足夠的輻射加熱或其他物理過程阻止流出的氣體進入TI區;2.在氣體進入TI區的情況下,拉伸的穩定效應(由於快速的徑向加速);3. 流速效應:在拉伸效率不高的情況下,流速仍然可以很快地通過TI區,使擾動增長太快。除了這些,我們還發現,在外流中觸發TI需要一個必要條件,那就是:一旦氣體進入TI區,壓力電離參數將沿流線下降。

BY: inverse

FY: 秋白

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