在地球上，地震和水下火山爆发可能会驱散足够的海水，从而引发海啸，即海浪在接近陆地时达到巨大高度的鼓声。现在，天体物理学家使用计算机模拟表明，在太空深处，可能会在更大的尺度上形成类似海啸的结构，这些结构可能是从超大质量黑洞的引力中逸出的气体造成的。研究人员说，事实上，超大质量黑洞的神秘环境可能拥有宇宙中最大的类似海啸的结构。美国宇航局资助的研究发表在《天体物理学杂志》上。内华达州拉斯维加斯大学的天体物理学家丹尼尔·普罗加说：“支配地球上现象的是物理定律，这些定律可以解释外太空甚至黑洞之外的事物.
这张艺术家的渲染图展示了一个笼罩在尘埃中的超大质量黑洞，以及附近气体的奇怪特征。来自黑洞周围圆盘的高能 X 射线与这种气体相互作用并产生两个不寻常的特征：海啸（圆盘上方的浅蓝色“波”）和卡门涡街（橙色）。计算机模拟表明，这些现象将非常大，达到光年的规模.图片来源：Nima Abkenar 的插图
黑洞本身就是神秘的。但是对于像 Proga 这样的理论天体物理学家来说，更大的难题是解决描述黑洞如何扭曲甚至几十光年外环境的数学方程。
当质量超过一百万个太阳的黑洞从星系中心周围的圆盘中获取物质时，该系统被称为“活动星系核”。活动星系核的两极可能还有相对论性喷流，并且有一层厚厚的物质罩住了我们对中心活动的看法。但是在圆盘上方的循环等离子体，刚好足够远不会落入黑洞，在 X 射线中发出令人难以置信的明亮光芒——如此明亮以至于天文学家已经能够对超过一百万个这样的物体进行编目。
强风，至少部分是由这种辐射驱动的，从这个中心区域以所谓的“流出”风暴的形式出现。研究人员想要了解气体与 X 射线之间复杂的相互作用，而不仅仅是在产生 X 射线的事件视界附近。这些中心 X 射线的影响在距离黑洞数十光年的范围内都很重要。除了发射外流，X 射线辐射还可以解释称为云的各种密集区域的存在。去年，Proga 及其同事发表了 模拟结果，表明可以在外流中产生更远的云。
“这些云的温度是太阳表面的十倍，并且以太阳风的速度移动，所以它们是相当奇特的物体，你不希望飞机飞过，”主要作者、博士后研究员蒂姆沃特斯说。在 UNLV，他也是洛斯阿拉莫斯国家实验室的客座科学家。
现在，该小组首次证明了从中央黑洞引擎流出的这些云团到底有多复杂。他们的模拟表明，就在超大质量黑洞失去对周围物质的控制的距离内，旋转圆盘相对凉爽的大气可以形成波浪，类似于海洋表面。当与热风相互作用时，这些波可以陡峭成螺旋状的涡旋结构，可以达到盘面上方 10 光年的高度。这是从太阳到它最近的恒星（4 光年多一点）的距离的两倍多。当海啸状云形成时，它们不再受黑洞引力的影响。
模拟显示了来自黑洞附近等离子体的 X 射线光如何首先使吸积盘大气中的热气体袋膨胀到距活动星系核一定距离以外的地方。加热的等离子体像气球一样上升，膨胀并破坏周围较冷的气体。它可以是灼热的——几十万到几千万度，无论使用哪种测量单位。
不是海底火山爆发引起海啸，而是吸积盘外围的这些热气袋引发了向外传播的扰动。当气体粒子形成一个巨大的海啸状结构时，它阻挡了吸积盘风，产生了一种单独的螺旋结构模式，称为卡门涡街，每个涡旋的大小都跨越一光年。这种现象以物理学家西奥多·冯·卡门命名，他是美国宇航局喷气推进实验室的创始人之一。
这一切听起来可能充满异国情调和遥远，但卡门涡街是地球上常见的天气模式，结构工程师必须担心，尤其是在桥梁方面。
新结果与一个长期存在的理论相矛盾，即活动星系核附近的云是通过流体不稳定性的作用从热气体中自发形成的。他们还反对需要磁场来将较冷的气体从圆盘推入风中的想法。
“虽然事后看来这一切都是有道理的，但最初观察到热不稳定性不能直接产生冷气体，但它可以通过将冷气体吹入风中来代替磁场，”沃特斯说。
有了这些模拟，研究人员希望与观测天文学家合作，使用望远镜寻找这些动力学的迹象。
目前在轨的卫星都无法证实这一新发现。但美国宇航局的 钱德拉 X 射线天文台 和欧洲航天局的 XMM-牛顿 已经探测到活动星系核附近的等离子体，其温度和速度与模拟一致。
更有力的证据可能来自未来的任务。美国宇航局即将于 11 月启动的 IXPE 任务可能有助于科学家了解这些现象。该 X射线成像和光谱团（XRISM） ，当它启动后这十年中，美国航空航天局和日本航天局（JAXA）之间的合作，可以研究这些现象。欧洲航天局也在计划一项名为 ATHENA 的任务，它是高能天体物理学的高级望远镜，它也具有这种能力。
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