銀河系黑洞正在噴射粒子流

X射線和射電觀測提供了迄今為止最好的證據,正如長期以來人們所懷疑的那樣,高能粒子流從我們星系的中心噴射而出

一項新的研究表明,似乎有大量的能量粒子正從我們銀河系的中心噴射出來,源自於位於銀河系中心的巨大黑洞。

這種噴流在宇宙中很常見,大多數超大質量黑洞都被認為會產生噴流。當物質落入這些龐然大物時,一些物質也會被加速噴射出去,通常以兩條直線束的形式沿著黑洞的自轉軸飛出。

銀河系的巨大黑洞,被稱為人馬座 A*(發音為“Sagittarius A-star”),長期以來一直被認為有噴流,但證據尚無定論。現在,研究人員將美國宇航局錢德拉空間望遠鏡拍攝的星系中心 X 射線照片與新墨西哥州甚大陣列 (VLA) 天文臺的射電資料相結合,為來自人馬座 A* 的噴流的觀點提供了迄今為止最好的支援。X 射線照片顯示,黑洞一側有一條淡淡的明亮氣體線,正在發出 X 射線光——可能表明是噴流本身——而射電觀測突出了氣體牆,科學家認為這是噴流撞擊雲層時產生的激波鋒面,像雪犁一樣將氣體堆積成團。


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在《天體物理學雜誌》上接受發表的一篇論文中,中國南京大學的李志遠、加州大學洛杉磯分校的馬克·莫里斯和麻省理工學院的弗雷德里克·巴加諾夫表明,這些特徵具有“驚人的空間關係”,研究人員寫道。“這個故事有很多部分很吻合,”莫里斯說。“這並非板上釘釘,但在我看來,它比迄今為止任何人看到的證據都更有力。”

噴流很難被發現,部分原因是它相對微弱——研究人員表示,銀河系黑洞並沒有吞噬足夠的物質來產生真正強大的噴流。此外,星系中心被大量的氣體和塵埃籠罩,從我們在地球上的角度來看,那裡的一切都很難看到。“基本上,在我們和銀河中心之間存在著所有的汙垢,再加上一大片等離子體,有點像浴室的淋浴玻璃,由於電子散射而使影像模糊,”阿姆斯特丹大學的天文學家塞拉·馬科夫說,她沒有參與這項新的研究。例如,科學家們已經探測到從附近星系 M81 中心黑洞發出的微弱噴流,但模型表明,如果同樣的噴流從銀河系核心噴射出來,我們將無法看到它。這項新的研究支援了噴流可能只有在撞擊到某些東西時才會變得可見的觀點。“也許衝擊波激發並加速了噴流中的粒子,”導致光束亮起來,馬科夫說。

噴流的產生是因為黑洞在旋轉。當物質落入黑洞時,物質的磁場會被黑洞的旋轉扭曲和放大,這種增強的磁場以噴流的形式將物質向外發射。如果來自錢德拉和 VLA 的訊號真的是噴流,那麼它的方向將揭示人馬座 A* 黑洞的自轉軸。“瞧,自轉軸似乎與星系相同,”莫里斯說。“這太令人滿意了,因為如果黑洞從未經歷過重大擾動,你就會期望如此。”

然而,之前的一些研究表明,噴流指向不同的方向。荷蘭奈梅亨拉德堡大學的天文學家海諾·法爾克說,這項新的研究經過深思熟慮,“將成為未來關於噴流方向主張的基準”,他此前也曾主張銀河系中心存在噴流,並且最近發現理論模型也支援這一觀點。“現在是確鑿的證據嗎?嗯,有煙霧,但在我們找到子彈和手槍之前,我們還不能真正確定地指控任何人。”

測試其中一些想法的機會應該很快就會到來,來自一團正在我們中心黑洞的引力漩渦中旋轉的氣體雲。這團雲,被稱為 G2,已經進入天文學家的雷達一段時間了,關於它的未來會怎樣,預測各不相同。在未來幾年,大多數科學家認為黑洞附近的強大引力潮汐應該會將雲撕成碎片,其中一些碎片應該會落入,可能會導致噴流變得更亮。“每個人都在關注,”莫里斯說。

Clara Moskowitz is a senior editor at 大眾科學, where she covers astronomy, space, physics and mathematics. She has been at 大眾科學 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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