黑洞等離子體噴流被發現呈螺旋形軌跡

聚焦於高能星系核噴射高速噴流的原因

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一項關於從巨大黑洞噴射出的高溫帶電氣體的新高解析度研究,提供了迄今為止最直接的證據,表明這種等離子體噴流是由螺旋形磁場驅動的。研究人員表示,這一發現有助於闡明耀變體的內部運作機制,耀變體是極其高能的星系,它們由中心黑洞驅動,而這些黑洞的質量是太陽的數百萬倍,會不可預測地爆發。

研究人員認為,像銀河系這樣的大星系在其核心包含超大質量黑洞,這些黑洞將塵埃和氣體吸入一個圓盤,並透過以高達光速的99.9%的速度運動的電離氣體或等離子體噴流將其噴射出去。如果噴流指向地球,研究人員稱之為耀變體,而它是宇宙中“最令人印象深刻的高能自然實驗室之一”,波士頓大學天體物理研究所的天文學家艾倫·馬舍爾說。

這些接近光速或相對論速度的噴流的後果包括類似手電筒的高能X射線和伽馬射線束,以及當正面觀察時超光速(快於光速)的錯覺 [點選下方收聽馬舍爾表演的“伽馬級”(非X級)等離子體噴流頌歌“超光速戀人]。


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主要的模型認為耀變體是由於磁場線——想象一下磁鐵附近的鐵屑形成的弧線——從吸積盤中伸出來而形成的。 馬舍爾說,如果黑洞像一堆紮帶一樣將磁場線扭曲在一起,它們將儲存類似於扭曲彈簧的能量。偶爾,圓盤中的物質會被吸入磁性纏結中 [見下方動畫]。

為了弄清楚到底發生了什麼,研究人員需要研究靠近黑洞的等離子體噴流。 在他們的新研究中,馬舍爾和他的同事使用了甚長基線陣列——一個由位於新墨西哥州索科羅的遠端射電望遠鏡控制的網路——來探測距離我們 9.5 億光年的耀變體BL Lacertae 的核心深處。 他們在 2005 年底的爆發期間捕獲了一系列無線電影像,揭示了一個等離子體“結”沿著耀變體的單個可見噴流射出。

BL Lacertae在結的遷移過程中爆發了兩次——一次是在它加速時,一次是在它穿過研究人員認為位於噴流更遠處的一個駐波時 [下方描繪了“X”形]。 理論模型預測,黑洞附近的扭曲磁場將沿類似拉長的Slinky形狀的軌跡加速外流等離子體。

與模型一致,耀變體的輻射在第一次爆發期間在其空間方向(極化)上迴圈,表明結中的等離子體呈圓形運動。 馬舍爾說:“這就是噴流形成理論家預測的。 我們的觀測稍微揭開了噴流形成的神秘面紗,並且更明確地告訴我們爆發發生在噴流的哪個位置。”

如果結果成立,那麼這些結果“非常有趣”,弗吉尼亞大學夏洛茨維爾分校的天體物理學家約翰·霍利說,他專門研究黑洞周圍吸積盤的模擬。 他說,模擬表明,等離子體噴流自然發生在螺旋形磁場中 [見下例:靠近吸積黑洞的噴流(橙色)的剖檢視]。

霍利說,真正的驗證只有在三維建模可以確認螺旋形不會因某些意外效應而解開時才會到來,並補充說,如果天文學家繼續挖掘資料,“希望我們能在中間某個地方相遇”。

 

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