黑洞通过吞噬周围的物质而不断成长，但在这一过程中，它们也会喷射出强大的能量射流。这些射流加热周围的气体，延缓新星的形成，并影响整个星系的演化。

长期以来，这一现象一直困扰着科学家们。黑洞释放射流加热气体，导致本应被黑洞吸收的气体——也就是它的“燃料”——被驱散到远处。那么，为什么黑洞不会“耗尽燃料”，反而持续增长呢？

为了解释这一谜题，研究人员提出了一个假说：被加热吹散的气体最终在星际空间冷却，凝结成细长的丝状结构，称为“丝状体”。这些丝状体随后重新落回黑洞。

一项最新发表的研究使科学家们更接近证实这一观点。由蒙特利尔大学教授朱莉·赫拉瓦切克-拉隆多领导的国际团队，观察了位于半人马座星团中心的星系NGC 4696，揭示了丝状体与其中心黑洞之间的联系。

“宇宙循环系统”：加热与冷却的循环

NGC 4696距离地球约1.45亿光年，过去曾被广泛研究，包括发现其中心黑洞周围存在S形螺旋结构。

本次研究中，团队利用詹姆斯·韦伯太空望远镜（JWST）的近红外光谱仪（NIRSpec）对该星系中心区域进行了约8小时的观测，分辨率足以区分约30光年尺度的结构。换句话说，如果将一个直径30万光年的星系缩小到一个足球场大小，那么这次观测相当于从50公里外辨认出足球场上的一颗弹珠。

气体的运动显示，这个S形螺旋实际上是一个绕黑洞旋转的气体盘，直径约800光年。气体在黑洞强大引力作用下以数百公里每秒的速度旋转，盘的两端速度差约为600公里每秒。

观测还发现，丝状体由凝结的气体形成，直接流入气体盘边缘。气体沿丝状体流动，积聚在气体盘中，最终作为“燃料”供应给黑洞。这是首次直接观测到这一完整的气体循环路径。

赫拉瓦切克-拉隆多教授表示：“JWST揭示了黑洞可能是终极的宇宙回收者。它们释放大量能量加热周围气体，而这些气体随后冷却成细长丝状体，重新落回黑洞，形成自我维持的循环。”

黑洞调控星系的成长

除了观测，研究团队还进行了计算机模拟，提出了以下理论：

当丝状气体落向黑洞时，拉伸的磁场像绳索一样施加扭矩，去除气体的角动量，使气体落入气体盘而非被散射开来。

模拟还显示，接受丝状体的气体盘不会保持固定方向。由于丝状气体来自多个方向，气体盘的轴线会摇摆，导致能量射流方向不断变化。这使得射流能更均匀地加热星系团中心区域，防止气体过度冷却。

研究人员指出，在其他星系团中心的星系中，黑洞喷射的能量射流更加强大，可能导致气体盘根本无法形成，气体处于混乱状态。换言之，黑洞活动的强度能根本改变周围气体的行为。

这项研究是基于JWST观测的三篇论文中的第一篇，主要关注约1万开尔文的较温暖气体。其他论文正在准备中，将分析不同温度气体的行为。

这一发现还促使更多JWST观测项目获批，并与全球望远镜协同观测。科学家们正加快寻找证据，验证类似的宇宙循环系统是否在其他星系中普遍存在。