黑洞類星體等離子噴流,是直直地噴出嗎?不,是喇叭褲狀噴出!

2020-11-24 騰訊網

科學家研究了300多個類星體旋轉的黑洞，這些黑洞產生了等離子束。研究發現，在距離黑洞一定距離的地方，這些天體物理噴流的形狀從拋物線變為錐形，讓人想起70年代標誌性的「喇叭褲」。通過有效測量這些「宇宙褲」，研究人員旨在解釋在遙遠活動星系中心將物質加速到接近光速的中央引擎黑洞，其研究發表在《皇家天文學會月刊》上。

類星體是宇宙中最明亮的物體之一，儘管它距離地球數十億光年。類星體有時被稱為燈塔，類星體幫助我們導航的不僅僅是遙遠的宇宙過去和複雜的宇宙結構，還有我們的星球。因為類星體是如此遙遠，類星體可以被用作天空中穩定的參考點，用來測量地球的自轉和行星表面物體的坐標，這是GPS、GLONASS和其他定位系統的基礎。

宇宙的燈塔

類星體非常明亮，從很遠的地方都能看得見。類星體擁有一個旋轉的超大質量黑洞，質量通常高達太陽的數十億倍。黑洞周圍的物質帶著磁場落在黑洞上，場線類似於帶有帶電粒子的導線，帶電粒子像珠子一樣串在上面。當磁力線旋轉時，等離子體加速到接近光速，由此產生的流出物被稱為天體物理噴流，正是因為它們，類星體才成為如此耀眼的物體。

天文學家此前認為，幾乎每一股噴流的形狀都像一個狹窄的錐體，離開黑洞區域後會橫向膨脹。在通過遍布全球的射電望遠鏡網絡觀察了數百個類星體20年後，這項新研究的作者對這一假設提出了挑戰。製作了由莫哈韋計劃監測的300多個類星體噴流圖像，並對形狀進行了分析。結果，研究小組發現了10個類星體，它們的拋物線形狀噴流演化成了圓錐體。由於涉及到的類星體相對較近，所以可以看出這種轉變：

10個類星體中的每一個都「僅僅」位於數百萬光年之外，噴流延伸到距離黑洞大約幾十光年的地方。莫斯科物理與技術研究所(MIPT)和俄羅斯科學院列別捷夫物理研究所的尤裡·科瓦列夫教授表示：到目前為止，遙遠活動星系中噴流形成和加速背後的機制還沒有完全弄清楚，但我們弄清楚這些宇宙加速器是如何工作的至關重要，噴流起源的區域很難辨別，因為它非常小。

理解看不見的事物

與這些物體的距離如此之遠，以至於一切都變得模糊起來。因此，雖然有多種理論模型可用，但沒有觀測數據來測試它們。新研究是第一次根據對大量類星體的觀測，研究噴流詳細幾何形狀的研究。噴流的幾何形狀是內力和外力、磁場、等離子體和星際氣體之間錯綜複雜相互作用的結果。天體物理學家們找到了一種很好的方法來解釋這些因素。由旋轉黑洞和磁場組成的中央發動機提供有限動力。

在此之前，人們就知道等離子體只有在達到某一點時才會輕易加速。在那之後，加速度變得如此緩慢，以至於實際上停止了。就是在這一點上，宇宙褲發出了閃光。早期的研究指出，在少數星系中觀察到的類星體噴射形狀發生了變化。然而並沒有得出結論，認為這是所有類星體的特性，而不是相關的單個物體特性。研究將這種影響歸因於噴流的內部特徵，但事實證明，這種解釋是簡潔和直觀的。

科學家們現在有了一種新的方法來評估黑洞旋轉速度，並理解類星體中令人難以置信的聚焦和快速等離子射流形成機制，這些射流如此明亮，以至於在數十億光年外都能看到。

博科園｜研究/來自：莫斯科物理技術研究所

研究發表期刊《皇家天文學會月刊》

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