银河系黑洞正在喷射粒子流

X射线和射电观测提供了迄今为止最好的证据,正如长期以来人们所怀疑的那样,高能粒子流从我们星系的中心喷射而出

一项新的研究表明,似乎有大量的能量粒子正从我们银河系的中心喷射出来,源自于位于银河系中心的巨大黑洞。

这种喷流在宇宙中很常见,大多数超大质量黑洞都被认为会产生喷流。当物质落入这些庞然大物时,一些物质也会被加速喷射出去,通常以两条直线束的形式沿着黑洞的自转轴飞出。

银河系的巨大黑洞,被称为人马座 A*(发音为“Sagittarius A-star”),长期以来一直被认为有喷流,但证据尚无定论。现在,研究人员将美国宇航局钱德拉空间望远镜拍摄的星系中心 X 射线照片与新墨西哥州甚大阵列 (VLA) 天文台的射电数据相结合,为来自人马座 A* 的喷流的观点提供了迄今为止最好的支持。X 射线照片显示,黑洞一侧有一条淡淡的明亮气体线,正在发出 X 射线光——可能表明是喷流本身——而射电观测突出了气体墙,科学家认为这是喷流撞击云层时产生的激波锋面,像雪犁一样将气体堆积成团。


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在《天体物理学杂志》上接受发表的一篇论文中,中国南京大学的李志远、加州大学洛杉矶分校的马克·莫里斯和麻省理工学院的弗雷德里克·巴加诺夫表明,这些特征具有“惊人的空间关系”,研究人员写道。“这个故事有很多部分很吻合,”莫里斯说。“这并非板上钉钉,但在我看来,它比迄今为止任何人看到的证据都更有力。”

喷流很难被发现,部分原因是它相对微弱——研究人员表示,银河系黑洞并没有吞噬足够的物质来产生真正强大的喷流。此外,星系中心被大量的气体和尘埃笼罩,从我们在地球上的角度来看,那里的一切都很难看到。“基本上,在我们和银河中心之间存在着所有的污垢,再加上一大片等离子体,有点像浴室的淋浴玻璃,由于电子散射而使图像模糊,”阿姆斯特丹大学的天文学家塞拉·马科夫说,她没有参与这项新的研究。例如,科学家们已经探测到从附近星系 M81 中心黑洞发出的微弱喷流,但模型表明,如果同样的喷流从银河系核心喷射出来,我们将无法看到它。这项新的研究支持了喷流可能只有在撞击到某些东西时才会变得可见的观点。“也许冲击波激发并加速了喷流中的粒子,”导致光束亮起来,马科夫说。

喷流的产生是因为黑洞在旋转。当物质落入黑洞时,物质的磁场会被黑洞的旋转扭曲和放大,这种增强的磁场以喷流的形式将物质向外发射。如果来自钱德拉和 VLA 的信号真的是喷流,那么它的方向将揭示人马座 A* 黑洞的自转轴。“瞧,自转轴似乎与星系相同,”莫里斯说。“这太令人满意了,因为如果黑洞从未经历过重大扰动,你就会期望如此。”

然而,之前的一些研究表明,喷流指向不同的方向。荷兰奈梅亨拉德堡大学的天文学家海诺·法尔克说,这项新的研究经过深思熟虑,“将成为未来关于喷流方向主张的基准”,他此前也曾主张银河系中心存在喷流,并且最近发现理论模型也支持这一观点。“现在是确凿的证据吗?嗯,有烟雾,但在我们找到子弹和手枪之前,我们还不能真正确定地指控任何人。”

测试其中一些想法的机会应该很快就会到来,来自一团正在我们中心黑洞的引力漩涡中旋转的气体云。这团云,被称为 G2,已经进入天文学家的雷达一段时间了,关于它的未来会怎样,预测各不相同。在未来几年,大多数科学家认为黑洞附近的强大引力潮汐应该会将云撕成碎片,其中一些碎片应该会落入,可能会导致喷流变得更亮。“每个人都在关注,”莫里斯说。

Clara Moskowitz is a senior editor at 大众科学, where she covers astronomy, space, physics and mathematics. She has been at 大众科学 for a decade; previously she worked at Space.com. Moskowitz has reported live from rocket launches, space shuttle liftoffs and landings, suborbital spaceflight training, mountaintop observatories, and more. She has a bachelor's degree in astronomy and physics from Wesleyan University and a graduate degree in science communication from the University of California, Santa Cruz.

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