黑洞等离子体喷流被发现呈螺旋形轨迹

聚焦于高能星系核喷射高速喷流的原因

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一项关于从巨大黑洞喷射出的高温带电气体的新高分辨率研究,提供了迄今为止最直接的证据,表明这种等离子体喷流是由螺旋形磁场驱动的。研究人员表示,这一发现有助于阐明耀变体的内部运作机制,耀变体是极其高能的星系,它们由中心黑洞驱动,而这些黑洞的质量是太阳的数百万倍,会不可预测地爆发。

研究人员认为,像银河系这样的大星系在其核心包含超大质量黑洞,这些黑洞将尘埃和气体吸入一个圆盘,并通过以高达光速的99.9%的速度运动的电离气体或等离子体喷流将其喷射出去。如果喷流指向地球,研究人员称之为耀变体,而它是宇宙中“最令人印象深刻的高能自然实验室之一”,波士顿大学天体物理研究所的天文学家艾伦·马舍尔说。

这些接近光速或相对论速度的喷流的后果包括类似手电筒的高能X射线和伽马射线束,以及当正面观察时超光速(快于光速)的错觉 [点击下方收听马舍尔表演的“伽马级”(非X级)等离子体喷流颂歌“超光速恋人]。


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主要的模型认为耀变体是由于磁场线——想象一下磁铁附近的铁屑形成的弧线——从吸积盘中伸出来而形成的。 马舍尔说,如果黑洞像一堆扎带一样将磁场线扭曲在一起,它们将储存类似于扭曲弹簧的能量。偶尔,圆盘中的物质会被吸入磁性缠结中 [见下方动画]。

为了弄清楚到底发生了什么,研究人员需要研究靠近黑洞的等离子体喷流。 在他们的新研究中,马舍尔和他的同事使用了甚长基线阵列——一个由位于新墨西哥州索科罗的远程射电望远镜控制的网络——来探测距离我们 9.5 亿光年的耀变体BL Lacertae 的核心深处。 他们在 2005 年底的爆发期间捕获了一系列无线电图像,揭示了一个等离子体“结”沿着耀变体的单个可见喷流射出。

BL Lacertae在结的迁移过程中爆发了两次——一次是在它加速时,一次是在它穿过研究人员认为位于喷流更远处的一个驻波时 [下方描绘了“X”形]。 理论模型预测,黑洞附近的扭曲磁场将沿类似拉长的Slinky形状的轨迹加速外流等离子体。

与模型一致,耀变体的辐射在第一次爆发期间在其空间方向(极化)上循环,表明结中的等离子体呈圆形运动。 马舍尔说:“这就是喷流形成理论家预测的。 我们的观测稍微揭开了喷流形成的神秘面纱,并且更明确地告诉我们爆发发生在喷流的哪个位置。”

如果结果成立,那么这些结果“非常有趣”,弗吉尼亚大学夏洛茨维尔分校的天体物理学家约翰·霍利说,他专门研究黑洞周围吸积盘的模拟。 他说,模拟表明,等离子体喷流自然发生在螺旋形磁场中 [见下例:靠近吸积黑洞的喷流(橙色)的剖视图]。

霍利说,真正的验证只有在三维建模可以确认螺旋形不会因某些意外效应而解开时才会到来,并补充说,如果天文学家继续挖掘数据,“希望我们能在中间某个地方相遇”。

 

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