黑洞周围的绚丽多彩的“云”，到底是怎么形成的？

一旦离开在地球上看到的广阔的天空，“云”这个词就不再意味着能够产生雨水的白色雾状可见聚合物了。无垠的宇宙中的云指的是比周围环境密度更大的团状区域。

这幅插图描绘了一个类星体，一种活跃的星系核，被一个尘土飞扬的环形甜甜圈和称为 "云 "的团块所包围。这些云一开始很小，但之后可以扩散到超过1秒差距（3.3光年）宽。在这张图中，云层距离环形体至少有1个准秒。

插图：尼玛-阿布肯纳

太空望远镜在超大质量黑洞附近观测到了这些宇宙云，这个黑洞的质量相当于10万多个太阳，没有光可以从这个神秘的极高密度的物体中逃逸出来。几乎每个星系的中心都有一个超大质量的黑洞，如果这些黑洞从周围吞噬了大量的气体和尘埃，那它就是一个 "活动星系核"（AGN）。最亮的一种AGN被称为 "类星体"。虽然黑洞本身看不见，但是它的周围却非常明亮，因为物质在它的事件视界（也就是不归点）附近被撕碎时产生了巨大的能量。

但是，黑洞并不是真空吸尘器；它们并不只是吸走所有靠得很近的东西。虽然黑洞周围的一些物质会直接落入并且再也看不到，但附近的一些气体会被甩到黑洞外面去，形成一个外壳，并在数千年内不断扩大。这是因为事件视界附近的区域能量极高；黑洞周围快速移动的粒子所产生的高能辐射可以将大量的气体喷射到浩瀚的宇宙空间。

科学家们估计这种气体的外流是平滑的。但是事实相反，它是块状的，延伸到距离黑洞1个秒差距（3.3光年）之外。每块云开始时很小，但可以扩展到超过1个秒差距的宽度——这个距离甚至大于地球到半人马座恒星之间的距离（除太阳以外离地球最近的恒星）。

拉斯维加斯内华达大学的天体物理学家丹尼尔-普罗加将这些团块比作在高速公路匝道上等待的汽车群，匝道上的红绿灯是为了调节车流的涌入。他说："每隔一段时间，就会从匝道涌入车流。"

如何解释太空中的这些云状物？普罗加及其同事建立了一个新的计算机模型，为这个谜团提出了一个可能的解决方案，并且发表在了《天体物理学杂志通讯》上，此杂志由博士生兰德尔-丹宁领导牵头创办。科学家们表明，超大质量黑洞附近极其强烈的热量可以使气体极快地向外流动，但这个原因也可能导致云团的形成。如果气体溢出的速度过快，它将不会冷却到足以形成团块。计算机模型考虑到了这些因素，并提出了一种方案能够使气体逸散得很远，但同时也会形成团块。

"气体壳的外缘附近有一个扰动会使气体密度低一点，"普罗加说。"这会令气体加热。然后远处的冷气体又被拉升。"

这种现象有点像使热空气气球漂浮的浮力。气球内受热的空气比外面较冷的空气要轻，这种密度差异使气球上升。

丹尼尔·普罗加说：“这项工作很重要，因为天文学家总是需要把云放在一个特定的位置，给它特定的速度，以适应我们从AGN看到的观察结果。他们往往不关心云层首先是如何形成的具体细节，而我们的工作为这些云层的形成提供了一个潜在的解释。”

这个模型只看了气体的外壳，而没有看在黑洞周围旋转的物质盘，而就是这个物质盘给它们提供了能量。研究人员的下一步是研究气体的流动是否源于圆盘本身。他们很好奇为什么一些云的移动速度极快，能够达到每小时2000万英里（每秒1万公里）。

这项研究涉及活动星系核物理学中的一个重要课题，得到了美国国家航空航天局的资助。该研究是丹宁、普罗加、UNLV博士后学者蒂姆-沃特斯和前UNLV博士后学者谢尔盖-迪达（现在在剑桥大学）共同署名创作的。

BY: Tricia Talbert

FY: 二林喜丫

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