新研究揭示X形射电星系如何形成出奇简单
据cnBeta：当天文学家使用射电望远镜凝视夜空时，他们经常会看到椭圆型星系，其中央的超大质量黑洞两侧有双胞胎喷射器喷射出来。然每隔一段时间--不到10%的时间--天文学家可能会发现一些特殊和罕见的东西：一个X形射电星系，有四个喷流延伸到太空深处。
尽管这些神秘的X形射电星系二十年来一直困惑着天体物理学家，但一项新研究揭示了它们是如何形成的--并且出奇得简单。另外，根据这项研究，X型射电星系可能比以前认为的更常见。
西北大学的这项研究于当地时间8月29日发表在《Astrophysical Journal Letters》上。它代表了第一个大规模的星系吸积模拟从而跟踪远离超大质量黑洞的星系气体一直向它移动。
简单的条件导致了混乱的结果
西北大学的天体物理学家在实施了简单条件的情况下用新模拟模拟出了一个超大质量黑洞的进食及其喷射器和吸积盘的有机形成。当科学家们运行模拟时，简单的条件有机地、出乎意料地引发了一个X形射电星系的形成。
令人惊讶的是，研究人员发现，该星系特有的X形是由喷流和落入黑洞的气体之间的相互作用造成。在模拟的早期，落入的气体使新形成的喷流发生偏转，喷流开启和关闭，无规律地摇摆，然后在不同的方向上对空腔进行充气以类似于一个X形。不过最终，喷射器变得足够强大，可以穿过气体。在这一点上，射流稳定下来，停止摆动，并沿单一轴线传播。
“我们发现，即使有简单的对称初始条件，你也会有相当混乱的结果，”负责领导这项研究的西北大学的Aretaios Lalakos说道，“对X形射电星系的一个流行的解释是，两个星系相撞，导致它们的超大质量黑洞合并，这改变了残余黑洞的旋转和射流的方向。另一个想法是，喷流的形状被改变了，因为它跟包裹着一个孤立的超大质量黑洞的大规模气体相互作用。现在，我们首次揭示了X形射电星系事实上可以以一种更简单的方式形成。”
Lalakos是西北大学温伯格文理学院的一名研究生，也是天体物理学跨学科探索与研究中心(CIERA)的成员。他的共同导师是论文的共同作者Sasha Tchekhovskoy，他是西北大学物理学和天文学的助理教授也是CIERA的主要成员，还有Ore Gottlieb，他是CIERA的博士后研究员。
一个意外的X形射电星系
射电星系发出可见光，它们还包含了大面积的射电发射区域。M87可能是最著名的射电星系。它是宇宙中质量最大的星系之一，2019年，当事件地平线望远镜对其中央超大质量黑洞进行成像时，这一点被进一步普及。X型射电星系最早是在1992年提出的，在所有射电星系中占不到10%。
当Lalakos着手建立黑洞模型时，他并不期望模拟出一个X型星系。相反，他的目标是测量一个黑洞所吞噬的质量量。他在模拟中输入了简单的天文条件并让它运行。Lalakos最初并没有认识到新出现的X形的重要性，但Tchekhovskoy的反应是热情洋溢的。
“他说道，‘伙计，这非常重要！这是一个X形！’”Lalakos说道，“他告诉我，天文学家们在现实生活中观察到了这一点，但不知道它们是如何形成的。我们以一种以前甚至没有人猜测过的方式创造了它。”
在以前的模拟中，其他天体物理学家曾试图人为地创造X形结构以研究它们是如何产生的。但Lalakos的模拟有机地导致了X形的出现。
“在我的模拟中，我试图什么都不假设。通常情况下，研究人员将一个黑洞放在模拟网格的中间并在其周围放置一个大型的、已经形成的气态盘，然后他们可能在气态盘外添加环境气体。在这项研究中，模拟开始时没有圆盘，但随着旋转的气体越来越接近黑洞，很快就形成了一个圆盘。然后这个圆盘为黑洞提供能量并产生喷射。我做了尽可能简单的假设，所以整个结果是一个惊喜。这是第一次有人从非常简单的初始条件的模拟中看到X形形态，”Lalakos介绍道。
“没有足够的运气看到它们”
由于X形只是在模拟的早期出现--直到喷流加强和稳定--Lalakos认为X型射电星系在宇宙中出现的频率可能比以前认为的要高，但持续的时间非常短。
他说道：“它们可能在每次黑洞获得新气体并再次开始进食时出现。因此，它们可能经常发生，但我们可能没有足够的运气看到它们，因为它们只发生在喷气的力量太弱且无法推开气体的时候。”
接下来，Lalakos计划继续运行模拟以更好地了解这些X形是如何产生的。他期待着对中心黑洞的吸积盘和旋转的大小进行实验。在其他模拟中，Lalakos包括了几乎不存在的吸积盘，一直到极其巨大的吸积盘--都没有导致难以捉摸的X形的出现。
Lalakos说道：“对于宇宙的大部分来说，不可能在中心位置放大并看到在黑洞附近发生了什么。而且即使是我们可以观察到的东西，我们也受到时间的限制。如果超大质量黑洞已经形成我们就不能观察它的演变，因为人类的寿命太短了。在大多数情况下，我们依靠模拟来了解黑洞附近发生的事情。”
