我們天空中一些最令人驚歎的景象出現在日落時分，陽光穿透雲層，形成了由雲層的陰影和大氣散射的光束形成的明暗混合光線。

研究鄰近星系IC 5063的天文學家們被美國宇航局哈勃太空望遠鏡拍攝的影象所吸引。在這種情況下，從活躍星系耀眼的中心可以看到一束狹窄的明亮光線和陰影。

這張哈勃太空望遠鏡拍攝的附近活動星系IC 5063的中心影象顯示，明亮的光線和來自熾熱核心的陰影混合在一起，熾熱核心是一個超大質量黑洞的所在地。天文學家認為，圍繞黑洞的一圈塵埃物質可能正在將黑洞的陰影投射到太空中。根據他們的設想，這種光和影的相互作用可能會發生在巨黑洞爆炸的光撞擊深埋在核心中的塵埃環的時候。光線穿過塵埃環上的縫隙，形成明亮的錐形射線。然而，圓盤上密集的斑塊阻擋了一些光線，在星系中投射出長長的陰影。這種現象類似於太陽下山時陽光穿透地球上的雲層，形成明亮的光線和被大氣散射的光線形成的陰影。然而，IC 5063中出現的明亮光線和黑暗陰影的範圍要大得多，至少跨越了36000光年。IC 5063距離地球1.56億光年。這些觀測是在2019年3月7日和11月25日由哈勃的廣角照相機3號和高階巡天照相機拍攝的。

由位於馬薩諸塞州劍橋的哈佛和史密森天體物理中心(CfA)的彼得·馬克西姆領導的一組天文學家，已經追蹤到了星系的核心，那裡有一個活躍的超大質量黑洞。黑洞是一種緻密的空間區域，在重力的強力作用下吞噬光和物質。這個巨大的物體瘋狂地以流入的物質為食，從它附近的過熱氣體中產生強大的光噴。

儘管研究人員已經為這一現象發展出了幾個看似合理的理論，但最有趣的想法是，黑洞周圍由塵埃物質組成的內管狀環狀物正在向太空投射它的陰影。

根據馬克西姆的設想，黑洞周圍的塵埃環並不能阻擋所有的光線。圓盤上的縫隙允許光線射出，創造出明亮的錐形射線，類似於有時在日落時看到的手指狀光。然而，IC 5063的光線發生的範圍要大得多，至少穿越了36000光年。

一些光線照射到環的密集區域，將塵埃環的陰影投射到太空中。這些陰影看起來像深色的手指形狀，夾雜著明亮的光線。這些光束和陰影是可見的，因為黑洞和它的塵埃環相對於星系平面傾斜。這種排列方式使得光束可以延伸到星系外很遠的地方。

這種光和影的相互作用提供了一種獨特的視角來觀察環繞在黑洞周圍的物質分佈。在某些區域，這些物質可能像分散的雲。如果這種解釋是正確的，觀測結果可能會間接探測到圓盤的斑駁結構。

研究塵埃環面是很重要的，因為它向黑洞輸送物質。如果“陰影”的解釋是準確的，暗射線提供了間接證據，IC 5063的圓盤可能非常薄，這就解釋了為什麼光會洩漏到整個結構。

美國宇航局錢德拉X射線天文臺對類似黑洞的觀測發現，X射線從塵埃環面的黑洞中洩漏出來，使該結構看起來像瑞士乳酪。“圓盤受到內力的扭曲可能會產生孔洞，導致其翹曲。”馬克西姆補充說，“這種扭曲可能會造成足夠大的空隙，讓一些光線穿透，當塵埃環面旋轉時，光束可以像燈塔光束穿透霧一樣橫掃整個星系。”

業餘天文學家的意外發現

儘管天文學家已經研究該星系幾十年了，但這個驚人的發現還是由一位非科學家做出的。2019年12月，加州莫德斯托的藝術家、業餘天文學家朱迪·施密特(Judy Schmidt)在對哈勃望遠鏡曝光的銀河系進行再加工時，發現了黑暗陰影。施密特經常從哈勃檔案中挑選有趣的觀察資料，她可以把這些資料變成美麗的影象。她在Twitter上與許多追隨者分享這些照片，其中包括馬克西姆等天文學家。

施密特之所以從檔案中選擇哈勃望遠鏡觀測到的IC 5063，是因為她對具有活動核的星系很感興趣。錐狀陰影在最初的曝光中並不明顯，因此她在重新處理後的影象中看到這些陰影時感到驚訝。“我不知道它們在那裡，甚至在我處理完之後，我一直眨著眼睛懷疑自己是否看到了我以為自己看到的東西”她說。

她立即在推特上釋出了自己的照片。“這是我以前從未見過的東西，儘管我強烈懷疑它們是陰影射線或‘黃昏射線’(彼得給它們起的名字)，但很容易讓人的想象和一廂情願的想法失控，”她解釋說。“我想如果我錯了，有人會來找我。”

這張照片在她的天文學家粉絲們的推特上引起了熱烈的討論，其中包括馬克西姆，他對射線的起源爭論不休。馬克西姆已經在分析哈勃拍攝的星系黑洞噴流的影象。所以他帶頭研究射線並寫了一篇科學論文。他的研究基於哈勃望遠鏡的3號廣角相機和高階測量相機在2019年3月和11月進行的近紅外觀測。紅光和近紅外光穿透這個佈滿塵埃的星系，揭示了可能被塵埃包裹的細節。

如果沒有哈勃望遠鏡敏銳的視覺，這一發現是不可能的。該星系也相對較近，距離地球只有1.56億光年。“地面望遠鏡拍攝的舊照片可能顯示了這種結構的跡象，但星系本身是如此混亂，你永遠猜不到沒有哈勃望遠鏡會發生什麼。”馬克西姆解釋說，“哈勃望遠鏡有清晰的影象，對微弱的物體很敏感，並且有足夠大的視野來拍攝整個星系。”

馬克西姆希望繼續他對銀河系的研究，以確定他的設想是否正確。“我們希望繼續調查，如果其他科學家也試圖透過新的觀察和建模來驗證我們的結論，那就太棒了。”他說，“這個專案需要新的資料，因為它提出的問題比它解決的問題要多。”

研究小組的研究結果發表在《天體物理學快報》上。

哈勃太空望遠鏡是NASA與ESA（歐洲航天局）之間國際合作的專案。位於馬里蘭州格林貝爾特的NASA戈達德太空飛行中心負責管理該望遠鏡。位於馬里蘭州巴爾的摩的太空望遠鏡科學研究所（STScI）負責哈勃望遠鏡的科學運作。 STScI由位於華盛頓特區的天文學研究大學協會為NASA運營。

https://www.nasa.gov/feature/goddard/2020/black-holes-dust-ring-may-be-casting-shadows-from-heart-of-a-galaxy