气体正在一点点把能量照出去
星系团不只是许多星系挤在一起。它们之间还有稀薄而炽热的气体,温度高到足以发出X射线。中央区域的气体更密,辐射也更强。时间一长,气体损失热能,可能继续降温、变密,最终给恒星形成和中央黑洞提供燃料。
麻烦在于:如果让这团气体一直按最简单的方式冷却,预期会流向中心的冷物质,比实际见到的多。人们因此寻找一种能不断补充能量的过程。中央黑洞周围正在落入的物质,正好可以为喷流供能。问题随之变成了:能量如何从很小的中心,送到广阔的热气体里?
把暗洞和射电瓣放到一起
ROSAT已经看见过与射电瓣相伴的X射线暗洞。二〇〇〇年,Fabian等人用钱德拉更细的图像观察英仙座中心,分辨了暗洞及其周围的亮边。空腔里有喷流送来的粒子与磁场,原本会发出X射线的热气体被推到别处。
这有点像把一个轻气泡吹进液体。要让气泡占住一块体积,既要给里面的物质能量,也要推开外面的介质。测出空腔的大小,再用周围气体估计压强,就能估计这次事件至少投入了多少机械能。天文学家把内部能量与腾出空间所做的功合在一起,称为焓。
一个小暗洞可能藏着很大的能量。不过,图中的暗淡程度还受到观察角度影响。空腔前后如果叠着很长一柱正常热气体,缺口就会被填亮;从另一个角度看,相同的气泡可能显得更深。
亮边并不总是被激波烫热的气体
最容易误读的是气泡周围那圈亮边。受到强烈挤压的气体确实可能形成激波并升温,可钱德拉看到的内侧亮边,比周围气体更冷。Fabian等人在二〇〇〇年的论文里据此指出,这些亮边并不是简单的激波加热壳。亮,是因为气体发出更多X射线;温度高低还要从光谱读取。
二〇〇三年更深的观测又显出了细弱波纹。研究者把它们与反复膨胀的气泡联系起来,讨论声波和弱激波怎样向外携带能量。这里出现了两个同时存在的运动:气泡本体缓慢挪走,压强扰动则穿过周围气体。
能量离开中心后,还有一段路要走
轻气泡会受到浮力,沿着大气往外升。外界压强下降,它继续膨胀,里面保留的焓逐渐减少。交出去的能量可以先成为周围气体的运动,也可以进入尾流;这些运动耗散之后,才转成热。
声波也有类似的时间差。波经过时,气体先被压缩,再变稀疏。若过程接近可逆,升高的温度会在回弹中降下来。要知道波最后加了多少热,必须继续研究耗散,而不只是看见一圈波纹。
如今,空腔图像提供的是能量运输的踪迹,X射线光谱还能测气体的运动。把能量、位置和时间放在一起,才逐渐拼出黑洞影响星系团的过程:很小的中心反复发动,把能量带出去,在更远处慢慢交给气体。