掠过黑洞后幸存的G2
Camille M. Carlisle
译自SkyandTelescope.com，2014年10月16日
这个天体绕过银心的特大质量黑洞后又幸存了下来，不过关于它是什么、来自于何方的问题仍旧存在。
今年春天，全世界的天文学家都在注视着一个名为G2的神秘气态天体掠过银河系的特大质量黑洞。他们将从射电天线到X射线卫星在内的仪器对准了银河系的中心，希望获取有关天体本身以及黑洞周边环境的信息。。
当然与大多数科学研究一样，观测结果带来了一堆问题。
恒星和/或云团？
天文学家最初在2011年发现了这块发射红外辐射的模糊斑块G2。自那以后，主要由于它那疯狂的轨道，它就成为了人们争论的话题。虽然在黑洞附近拥挤着众多的恒星和气体流，但各天体大体拥有环绕中央巨型黑洞的难以形容的椭圆轨道。但来自阿默斯特（Amherst）学院的银心研究者达利尔·哈加德（Daryl Haggard）G2的轨道是“超级扁的椭圆形”，这样它要沿捷径冲向黑洞，从其后绕过，然后沿直线返回。
2011年，天文学家发现了一个气态天体（图片中央的红黄色斑块，其轨道以红色表示）正在向银心的特大质量黑洞冲去。图中还描绘出了环绕黑洞运行的恒星，其轨道以蓝线表示。图中描绘了恒星与这个名为G2的天体在2011年的实际位置。（图片提供：ESO）
为了完成这一过程，天体必须要损失足够多的角动量，它不会沿更圆的轨道运行，而是会径直冲向黑洞。可以设想它就好像是一枚在碗中滚动的硬币，如果硬币获取了足够的速度，那么会沿环绕着碗边的轨迹运行。如果没有角动量的话，硬币只会径直冲入碗底。因此G2的角动量必然被什么东西剥夺掉了。哈加德说：“而且这必然是非常难以理解的。”
为了解释剥夺G2角动量的过程，人们浪费了大量的墨水（包括油墨与电子墨水）。问题的答案纠缠在G2的本质上：它究竟仅仅是一团气体云而已，还是说G2的云团内部隐藏着一颗恒星？
两个小组是穿透尘埃进行红外观测的先锋，这样天文学家就可以看到银心的恒星和气体了。其中由德国马克斯·普朗克地外物理所领导的一个小组倾向于云团的观点；而来自加州大学洛杉矶分校的另一个小组倾向认为是恒星。因此在办公室里，我的同事莫尼卡（Monica）和我就哪种观点是正确的打了一个赌。（赢家会得到一盘自制的小饼干。）
比较苹果和橙子
人们希望G2能在今年3月近距离掠过黑洞——人马A*时揭示自身的本质。然而现有数据仍旧无法作出确切的结论。
谜题继续导致的最严重后果是，我仍在等着得到我的那盘饼干。由于难以将两个小组的观测整合为一幅自洽的图景，我的胃不得不继续等待下去。两个小组依赖的是不同类型的观测。马普所小组使用欧洲南方天文台设在智利帕拉纳（Paranal）观测站的SINFONI光哦也进行了绝佳的测量。2013年夏末到2014年春季获取的G2光谱数据表明，它拥有近距离掠过黑洞期间拖出的一道延伸气体尾。
ESO甚大望远镜NACO仪器在近红外波段观测到的银河系中心区域。通过跟踪最中心区域恒星的运动，天文学家可以确定出它们所环绕的特大质量黑洞的质量。（图片提供：ESO / Stefan Gillessen et al.）
然而UCLA小组利用莫纳克亚（Mauna Kea）山的凯克天文台拍摄了精细的图像。在2014年春季和夏季拍摄的图像展示了一个无法分解开来的致密天体，它在掠过黑洞期间并没有增亮，而且一直沿轨道运行，这与对覆尘恒星的预期一致。
UCLA小组认为，二者的差异在于，两类观测看到的是不同的特征。光谱捕获了从轨道延伸开去的气体，而图像捕获的是被内部恒星加热的尘埃壳层。因此马普小组的观测并没有排除恒星的可能性，只是说在近距离飞掠黑洞期间，气体被猛拉了出去。
如果人马A*在接下来的几年里出现了增亮，那么就可以说明它确实从G2剥离了气体，且这些气体落入了流向黑洞的吸积流中。这样就可以揭示出G2的本质以及它在飞掠期间损失的物质量了。
有无激波
可惜现在所有的研究主要还限于红外、紫外数据以及理论模拟。X射线和射电波段的观测者什么都没有看到。哈加德说：“我们都只是盯着数据，希望它能够出现，但它没有出现。”
什么都没有看到很让人吃惊。天文学家预计在G2冲入黑洞周围高温气体的时候，应该发出X射线和射电辐射。但是这一过程并没有发生。
银心1平方角秒区域的恒星轨道，图片中心是中央黑洞的所在（以黄色星状符号标出）。图中模糊的斑块是10米凯克望远镜在2004年拍摄的一帧衍射极限级恒星图像。人们观测到了图中每颗恒星的运动，不过轨道参数的估计只能针对一部分有着明显曲率的星体进行。这7颗恒星的粘度平均位置用彩色圆点标出，时间越晚近，颜色饱和度越高。图中还绘制了最佳拟合模拟轨道。轨道给出了对银心黑洞质量的迄今最佳估计。动画请点击
不过这可能并不是第一次。在银河系中心有数十颗恒星呼啸着掠过黑洞，其中的一颗——S2曾经到达过距离人马A*比G2更近的地方。这颗恒星应该也会在2002年距离黑洞最近时形成激波，但是NASA钱德拉X射线天文台的零星数据没有给出激波存在的迹象。天文学家希望在2018年S2再度飞掠黑洞时可以进行更好的观测，彻底解决这个问题。
如果S2产生了激波，那么G2就很奇怪了。这一图景可以帮助巩固马普小组的观点，也就是G2是一团气体云中的团块，是从一颗恒星上撕扯下来的，它沿尚未发现的母星为其开辟的路径运行。这一观点支持来自哈佛-史密松天体物理中心的詹姆斯·吉约雄（James Guillochon）及其同事进行的模拟，也就是说，G2可能是一颗恒星在近距离绕过黑洞期间被剥离的云团。
不过如果S2没能产生激波，那么黑洞周围的吸积流就有些古怪了。也许吸积流中的物质过于炽热或弥漫（或者兼而有之），无法形成激波。公平地说，虽然G2激发了人们的想象力，不过了解它只是探索银心的更大努力的一部分。
参考文献：
O·普富尔（O. Pfuhl）等人，《银心G2云团及其气体流》，2014年7月16日发表在arXiv.org网站
G·魏特泽尔（G. Witzel）等人，《在3.8微米波段探测掠过近心点的银心辐射源G2》，2014年10月7日发表在arXiv.org网站
R·A·莫雷-克雷（R. A. Murray-Clay）与A·洛伯（A. Loeb），《银心黑洞瓦解远行星盘的过程》，《自然通信》，2012年9月11日
J·吉约雄等人，《G2云团可能起源于已知巨星的人马A*潮汐撕裂》，2014年1月13日发表在arXiv.org网站
