数十亿年前，在150亿光年外的一个星系团中心，一个黑洞喷出了等离子射流。当等离子体冲出黑洞时，它推开了物质，形成了两个相距180度的大空穴。麻省理工学院卡夫利天体物理和空间研究所(MKI)的迈克尔·卡尔扎迪拉用同样的方法，根据陨石坑的大小来计算小行星撞击能量，利用这些太空穴的大小来计算黑洞喷发的能量。在发表在《天体物理学》期刊上的新研究中，卡尔扎迪拉和合著者研究了星系团SPT-CLJ0528-5300(简称SPT-0528)的喷发。
将置换气体的体积和压力与两个大空穴的年龄结合起来，就能够计算出喷出的总能量。超过10^54焦耳的能量，这是在遥远星系团中发现的最强大喷发。宇宙中点缀着星系团，这些星系团聚集了成百上千个充斥着热气和暗物质的星系。每个星团的中心都有一个黑洞，黑洞经历了进食的时期，在那里黑洞从星团中吞噬等离子体，然后是爆炸性喷发的时期，一旦达到饱和，黑洞就会发射出等离子射流，而SPT-0528是喷发阶段的一个极端案例。
尽管黑洞喷发发生在数十亿年前，在我们的太阳系还没有形成之前，来自星系团的光花了很长时间才一路传播到美国宇航局(NASA)绕地球运行的X射线发射钱德拉天文台。由于星系团充满气体，早期的理论预测，当气体冷却时，星系团将看到高速率的恒星形成，这需要冷却的气体才能形成。然而，这些星团并不像预期的那样冷，因此，没有以预期的速度产生新恒星。有什么东西阻止了气体完全冷却？
罪魁祸首是超大质量黑洞，黑洞喷发的等离子体使星系团中的气体温度过高，无法快速形成恒星。SPT-0528记录到的爆发还有另一个特点，使它有别于其他黑洞喷发。它太大了，天文学家认为，气体冷却和黑洞释放热气的过程，是保持星系团温度稳定平衡的原因，星系团徘徊在1800万华氏度左右。它就像一个恒温器，然而SPT-0528的突出并不处于平衡状态，SPT-0528黑洞的喷发是一个有“故障”恒温器。
这就好像把空气冷却了2度，而恒温器的反应是将房间加热100度。此前研究了一个不同的星系团，这个星系团表现出了与SPT-0528完全相反的行为。这个星系团中的黑洞不是不必要的猛烈喷发，而是无法阻止气体冷却。与所有其他已知的星系团不同，这个星系团充满了年轻的恒星托儿所，这使它有别于大多数星系团。有了这些比较，天文学家真正看到的是两个极端可能的界限，同时还将描述更正常的星系团特征，以便了解星系团在宇宙时间内的演化。
为了探索这一点，研究人员目前正在研究100个星系团。之所以描述如此庞大的星系团集合，是因为每一张望远镜图像都捕捉到了特定时刻的星系团，而它们的行为发生在宇宙时间上。这些星系团覆盖了一系列的距离和年龄，使得研究人员能够研究星系团的属性，是如何随着宇宙时间的变化而变化，这些时间跨度尺度比人类的时间尺度或我们能观察到的要大得多。这项研究类似于古生物学家试图从稀疏的化石记录中，重建动物的进化过程。
博科园｜研究/来自：麻省理工学院
参考期刊《天体物理学》
DOI: 10.3847/2041-8213/ab5b07
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