韦布望远镜捕捉到黑洞边缘最清晰影像

一个星系“饥渴之心”的惊人新特写

2026年1月13日，一个使用 James Webb Space Telescope (JWST) 的团队发布了一张图像，首次以干涉成像般的清晰度解析了附近一个超大质量黑洞周围紧邻的尘埃环境。这个目标是距离约1300万光年的圆规座星系 (Circinus galaxy)，长期以来一直令天文学家感到困惑，因为其核心显示出无法解释的红外光过剩。Webb 的近红外孔径遮罩观测表明，这种光芒的大部分来自喂养黑洞的紧凑环状尘埃盘的内侧，而非来自吹走物质的热风。这种清晰的空间干涉视角有望平息数十年来的争论，即活动星系核将其红外光隐藏在何处，以及黑洞如何与其宿主星系相互作用。

孔径遮罩：将 Webb 变成更大的望远镜

这一结果取决于一种不寻常的观测技巧。JWST 的 NIRISS 仪器包含一个孔径遮罩干涉仪 (AMI) ——这是一个放置在望远镜瞳孔上的具有七个六边形孔的物理遮罩。通过将 Webb 变成一个小型干涉仪，AMI 恢复了比望远镜名义衍射极限精细约两倍的尺度信息，有效地为这些测量提供了相当于约 13 米口径望远镜的空间分辨率。这种清晰度的提升让团队能够分离出星系中心仅几秒差距宽的结构，并将来自环状体、吸积盘和任何流出物质的发射区分开。该技术在 2024 年 7 月和 2025 年 3 月对圆规座星系进行了两次观测，以构建数据集。

图像实际显示的内容

在 Webb 探测的尺度上——核心周围约 33 光年的区域——新的分析发现，约 87% 的中红外过剩光线源自环状体 (torus) 的内侧：这是一个紧凑的赤道尘埃盘，在将物质汇入中心引擎时被加热。只有不到 1% 的实测红外通量可归因于流出风中的热尘埃，而其余部分则来自受活动星系核或相关射电结构加热的更广阔尘埃。换句话说，圆规座星系中占主导地位的红外特征是吸积，而非喷射物。这种平衡是理解黑洞如何进食以及它向周围环境反馈多少能量的关键。

为何这解决了一个长期的红外之谜

多年来，观测者在一些活动星系核 (AGN) 周围探测到了红外“过剩”——其发射量超过了简单吸积盘模型的预测。地面干涉仪和空间望远镜缺乏在尘埃密布、拥挤的星系中心分离这些相互竞争的光源所需的灵敏度和对比度。相互竞争的解释包括由黑洞发起的红外热尘埃风、来自星系核球的散射星光，或是来自内部环状体的发射。Webb 的干涉图像通过直接显示光线的来源，从而确定该天体中哪些物理过程占主导地位，打破了圆规座星系的这一僵局。这之所以重要，是因为 AGN 的光线是来自流出物还是来自紧凑的喂养结构，决定了黑洞主要是重新分配气体（这会抑制恒星形成），还是在不摧毁宿主星系的情况下静静地吸积物质。

对星系演化和 AGN 反馈的影响

黑洞和星系共同生长，但耦合机制——即黑洞如何加热、排出或以其他方式控制形成恒星的气体——仍然是天体物理学中的一个核心不确定性。如果许多附近的 AGN 与圆规座星系相似，其大部分核心红外发射来自紧凑的尘埃盘，那么将显著的星系级反馈归因于持续的含尘埃风的模型，可能需要针对中等光度的星系核进行修正。相反，更亮的 AGN 可能仍然由风主导；Webb 团队明确警告说，圆规座星系只是一个数据点，内在光度和几何形状会改变结果。这项新工作所提供的是一种经过测试的观测技术，可以清晰地区分这些情况。

技术警告与局限

下一步计划

目前的当务之急是在少量但具有代表性的附近 AGN 样本中复制这种方法：该团队建议针对涵盖不同光度和倾角的十几个到几十个目标进行研究，以确定圆规座星系是典型还是特例。观测者还将把 AMI 图谱与 ALMA 的冷气体追踪器以及 JWST 的光谱学结合起来，将尘埃形态与分子和电离气体的运动学联系起来——这些是黑洞进食的实际燃料和废气。这种多波段合成将告诉我们，紧凑的尘埃盘是否经常从恒星形成中“偷走”气体，或者风是否仍以调节全星系生长的方式占据主导。

未来设施的背景

这一结果突显了两个更广泛的趋势。首先，巧妙利用现有仪器——在这里是 JWST 上的孔径遮罩——可以在不需要新硬件的情况下取得突破。其次，实现对 AGN 物理的统计学理解可能既需要高角分辨率，也需要宽波段覆盖，这推动了未来空间干涉仪和下一代地面阵列的发展。就目前而言，Webb 对黑洞边缘的敏锐观察提醒我们，宇宙中一些最重大的物理现象仍然隐藏在极小的角尺度上，而观测的独创性可以将其带入焦点。

来源

• Nature Communications (研究论文: "JWST interferometric imaging reveals the dusty disk obscuring the supermassive black hole of the Circinus galaxy")
• University of South Carolina (Enrique López‑Rodríguez 研究小组)
• Space Telescope Science Institute (NIRISS 仪器和 AMI 模式)
• NASA / James Webb Space Telescope (任务和新闻材料)
• arXiv 预印本: "JWST interferometric imaging reveals the dusty disk obscuring the supermassive black hole of the Circinus galaxy"