貪婪的黑洞可以吞噬一切,為什麼還會有兩股噴射流物質從黑洞噴出

2020-11-13 科學日記

黑洞以引力無限大和貪食著稱,但是它並不會吃掉所有的東西,一部分物質(等離子體)會被噴射出來,這些物質可以對周圍造成很大的破壞,這些物質以足夠強的能量以強烈的輻射光,在黑洞旋轉軸上形成兩個明亮的圓柱,科學家也一直在討論這種現象是如何形成的。

科學家在銀河系中觀測到了「x射線雙星」的系統,這兩個系統都是由一個黑洞和一顆普通恆星組成、科學家研究了這兩個系統,圍繞黑洞運行的一種平面物質結構因為物質的下落而變得明亮(也就是我們所說的吸積盤)。一個名叫V404 cygni的系統中,在2015年的時候科學家已經發現了它達到峰值的亮度,那時它發生了最明亮的x射線雙星爆發。另一個是GX 339-4,在觀測到這個系統時候,它最大預期亮度不到1%。儘管說存在差異,但是在第一次測量到x射線和隨後測量到的耀斑之間出現了時間延遲-大約是十分之一秒,這種延遲只是一瞬間的事,但是卻對於噴射物的物理意義重大。

一種可能性認為,噴射物的的物理性質其實並不是由圓盤大小決定的,而是由噴射物的速度、溫度及其它粒子的性質決定的。要解釋這些情況,科學家給出最好的理論是,x光來自於非常接近黑洞的物質,強烈的磁場促使這些物質沿著噴射流高速飛行,這導致粒子在接近光速的情況下發生碰撞,給等離子體提供能量。

那麼這種情況發生在噴射流的什麼地方,光學和x光之間測量到的延遲解釋了這一點,通過時間乘以這些粒子的速度,科學家確定了其所走過的最大距離,這一面積約為3萬公裡的區域代表了噴射流內部的加速區,在這個區域等離子體接收到了最強的加速,並通過發光「開啟」。這是地球直徑的三倍,這從宇宙的角度來看還是很小,但是這個黑洞的重量卻有2.3個太陽質量的總和。

天鵝座V404

天文學家希望可以通過這項研究來完善噴氣流機制的模型,但是測量並不是那麼容易的。太空中的x射線望遠鏡必須和地面的光學望遠鏡必須同時觀測x射線雙星,以便計算出望遠鏡探測到的這些微小延遲,這種協調需要天文臺進行複雜的規劃。事實上,在2015年爆發的時候,這些協調工作只進行了一個小時,但這足以計算加速區的突破性結果。在一個lacertae超大質量的系統中,科學家通過推算這種延遲發現這個黑洞質量是我們太陽質量的2億倍,這也意味著噴射流的加速面積大小可能與黑洞的質量有關,這令科學家非常興奮,因為他們似乎發現了噴射流內部工作有關的特徵尺度,不僅在天鵝座v404這樣的黑洞中,而且在大質量的黑洞中也是這樣。接下來科學家會進一步確認這種延遲,並形成一種理論可以將不同質量的黑洞噴射流聯繫起來

地面的光學望遠鏡和太空的x射線望遠鏡一起工作是這一發現的關鍵,雖然說有這一發現,但是我們還是有很多需要學習的地方,在理解黑洞和極端物理方面,未來是非常的光明的。

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