ALMA望远镜首次清晰观测到银河系中心黑洞吹出的热风，解开50年未解之谜。
天文学家利用阿塔卡马大型毫米波/亚毫米波阵列(ALMA)终于找到了确凿的证据，证明位于银河系正中心的超大质量黑洞人马座A*(Sgr A*)正在喷出一股灼热的宇宙风，这是一个科学家已经苦苦追寻了超过半个世纪的答案。这一发现填补了黑洞物理理论中一块长期悬空的拼图。
天文学理论早已预言，当黑洞通过吸积周围气体来获取物质时，它不应该只进不出，而应该将其中一部分物质以强劲的风或狭窄的喷流形式重新吹回太空。在其它星系中，这类来自中心黑洞的壮观的喷流和高速风已经被大量观测到并留下了丰富的影像。然而，我们自身银河系中心黑洞的风却像一个幽灵，始终停留在理论预测中而从未被实实在在地看到过。原因并不在于距离太远，Sgr A*实际上是距离地球最近的超大质量黑洞，而是因为它周围被浓密的气体和尘埃层层包裹，再加上黑洞自身强烈且快速变化的射电辐射像一个过曝的光源，将周围更微弱的信号完全淹没。
为了突破这一观测极限，研究团队动用了跨度超过五年的ALMA精密观测数据。他们使用1.3毫米波长观测了一氧化碳(CO)分子的辐射，这是天文学界追踪冷分子气体分布最经典也最可靠的示踪物，观测范围被聚焦在黑洞周围仅约3光年之内的极小区域。关键技术突破在于信号处理：团队需要为一个亮度在时间上不断跳动的射电源建立精确的数学模型，然后在每个观测时刻将其贡献小心地扣除。这个过程极为复杂，就像在摇滚音乐会嘈杂的现场试图听清远处一个小孩的耳语。经过精细的信号减除之后，原本隐藏在强光背后的极其微弱的冷气体结构终于浮现出来。数据处理的结果令人震撼：在Sgr A*周围冷气体的分布图中，出现了一个巨大的锥形空洞，锥尖直指黑洞本身。这个几何形状本身就是一个无可辩驳的签名，表明有一股强大而炽热的风正从黑洞向外吹拂，在冷气体中硬生生挤出了一个空腔。
这张合成图像叠加了阿塔卡马大型毫米/亚毫米波阵列(ALMA)和美国宇航局钱德拉X射线天文台的数据。它显示了来自人马座A*(Sgr A*)——即我们银河系中心的超大质量黑洞——的星风证据。图像中央的白色圆点即为人马座A*。橙色部分来自智利的ALMA射电望远镜，显示了图像中由一氧化碳组成的冷气体的分布。蓝色部分则是来自美国宇航局钱德拉X射线天文台的X射线数据。在ALMA数据中可见一个巨大的锥形空洞(表现为冷气体缺失)，而在钱德拉数据中，该空洞内充满了高温的X射线辐射气体。研究人员认为，来自人马座A*的热而高能的星风通过吹散冷气体或将其加热，形成了这一结构。
来自NASA钱德拉X射线天文台的独立观测数据为这一解读提供了关键佐证。钱德拉看到的是高温气体，而这些热气体恰好充斥在ALMA观测到的锥形空洞内部，两者一冷一热的互补分布雄辩地证明了外流的驱动源就是黑洞本身，而非附近恒星活动造成的偶然现象。最终的综合地图在灵敏度上比此前的同类观测提高了约100倍，角分辨率提高了约80倍，成为有史以来Sgr A*周边3光年内最清晰、最灵敏的冷气体分布图。研究团队估算，这股风已经稳定地吹了至少2万年。不过与一些遥远星系中观测到的几乎撕裂星系的极端喷流相比，银河系中心黑洞的风相对温和，更像是一种持续而节制的宇宙呼吸。
这项发表在《天体物理学报通讯》上的发现，凝结了ALMA和钱德拉两大顶级天文设施的观测能力与创新的数据处理技术。它不仅为一个悬置了50年的谜题画上了句号，也为科学家理解超大质量黑洞如何同时充当物质吞噬者和环境塑造者这一双重角色，提供了一幅前所未有的清晰图景。
本文译自 almaobservatory，由 BALI 编辑发布。