CHARA阵列探测遥远星系难以捉摸的尘埃内部区域

一个国际科学家团队实现了直接观察长期寻找的超大质量黑洞最内部尘埃环的里程碑，与它的新兴喷流成直角。这种结构被认为存在于星系核中，但由于中间物质遮挡了我们的视线，因此很难直接观察到。

现在，使用有史以来对河外物体所做的红外波长的最高空间分辨率来检测内盘。这一新发现刚刚发表在《天体物理学杂志》上。

“以如此精细的细节观察遥远星系的内部区域，这是向前迈出的非常令人兴奋的一步，”高角分辨率天文学中心(CHARA)阵列副主任GailSchaefer说。

一个超大质量黑洞被认为存在于每个大星系的中心。随着周围区域的物质被拉向中心，气体形成了一个炽热而明亮的盘状结构。在某些情况下，射流从黑洞附近以与圆盘成直角的方向出现。然而，这个平面结构，本质上是这个活跃的超大质量黑洞系统的“引擎”，从来没有被直接看到过，因为它太小了，传统望远镜无法捕捉到。

接近这个关键结构的一种方法是直接看到一个外部“尘埃环”——星际气体中含有尘埃颗粒，由重元素构成的微小固体颗粒，只能在温度足够低(<~1500K—否则金属会蒸发)。被加热的尘埃会发出热红外辐射，因此如果中央系统确实具有扁平结构的话，它看起来就像黑洞周围的外环。检测其结构将是描述中央引擎工作原理的关键步骤。

试图从侧面观察这个结构是很困难的，因为这个系统被相同的灰尘遮挡，起到吸收光的作用。相反，在新的调查中，该团队专注于一个正面观察的系统，这是附近宇宙中最亮的此类物体。然而，探测需要在红外波长范围内具有非常高的空间分辨率，同时需要大量布置得当的望远镜阵列以观察不同方向的物体。

加利福尼亚州威尔逊山天文台的佐治亚州立大学CHARA阵列干涉仪是唯一满足这两项要求的设施。该阵列由6个望远镜组成，每个望远镜都有一个直径为1米的镜子，它们组合在一起可实现更大望远镜的空间分辨率。

虽然每个单独的望远镜都相对较小，但阵列布局经过优化，可以以各种角度和望远镜之间的大距离观察物体。这实现了非常高的空间分辨率能力。CHARA阵列实际上拥有世界上红外波长最敏锐的眼睛。

借助CHARA阵列，该团队终于探测到尘埃环，它与星系中心名为NGC4151的新兴喷流成直角。

“长期以来，我们一直希望在裸核物体中看到这种结构，”京都产业大学该项目的首席研究员MakotoKishimoto说。

一个很大的推动是每台望远镜最近都增加了一个称为“自适应光学”的新系统。

CHARA阵列的博士后研究员马特安德森在进行观测中发挥了关键作用，他说：“这大大提高了光的注入率，补偿了相对较小的收集镜来观察河外目标，该目标要暗得多比我们银河系中通常观察到的恒星目标还要多。”

在过去近40年里，该领域的研究人员认为，这个尘埃环是理解吸积超大质量黑洞系统不同特征的关键。我们观察到的性质取决于我们对活动星系核的观察是模糊的、侧面的还是清晰的、正面的。这种环状结构的检测验证了该模型。

此外，检测可能不仅仅是扁平结构的指示。其他研究表明，在稍长的红外波长下看到的结构，对应于更大的外部区域，似乎沿着射流拉长，而不是与其成直角。这被解释为向射流方向吹出尘土飞扬的风的迹象。

目前发现内部结构看起来平坦且垂直于射流，这是风状结构及其与活动黑洞系统周围星系其余部分相互作用的重要联系。

这些开创性的观察测量了尘埃盘的大小和方向。该团队正在努力通过在CHARA阵列上建造一个新仪器来获得中心区域的更详细图像，该仪器可以看到更深的空间并解析源的更精细尺度结构。