發現100億光年外,黑洞噴流磁場快速變化,產生了伽馬射線!

2020-12-04 騰訊網

宇宙中一些超大質量黑洞會釋放出一種叫做伽馬射線的巨大能量輻射。例如，在運行地球人造核反應堆的裂變反應中，當質量轉化為能量時，就會發生這種類型的輻射。但在黑洞的情況下，伽馬輻射比核反應堆中產生的能量高很多，是非常不同過程的產物；在黑洞那裡，伽馬射線是由光線與黑洞附近高能量粒子之間的碰撞產生，其機制仍然知之甚少。

由於光和物質之間的這些碰撞，高能粒子將它們幾乎所有的動量都給了光線，並將它們轉化為伽馬輻射，最終到達地球。天文科學界懷疑，這些碰撞發生在強磁場滲透的區域，受到高度可變的過程，如湍流和磁重聯（融合在一起的磁場，釋放出驚人的能量）可能發生在黑洞噴出的物質射流中。但是探測這些距離地球數十上百億光年外的磁場，需要非常靈敏的設備，並且需要找到高能發射發生的確切時刻。

這正是這項研究的主要作者、瓦倫西亞大學天文臺和天文學系瓦倫西亞政府CIDEGENT研究員伊萬·馬蒂-維達爾領導的研究小組所取得的成果。這個研究小組使用了阿塔卡馬大毫米陣列（ALMA），這是世界上最靈敏的毫米波長望遠鏡，在高能粒子產生大量伽馬輻射的時刻，獲得了關於遙遠黑洞磁場的精確信息，其研究發現發表在《天文學與天體物理學》期刊上。

科學家們報告了對這個名為PKS1830-211黑洞的觀測結果，該黑洞距離地球超過100億光年，這些觀測表明，黑洞噴流中能量最高粒子所在區域的磁場，在幾分鐘的時間間隔內明顯地改變了結構。這意味著磁過程起源於非常小的湍流區域，就像黑洞中伽馬射線產生的主要模型所預測的那樣，它將湍流與伽馬輻射聯繫起來。另一方面，探測到的變化發生在非常強大的伽馬射線事件期間。

幹涉測量與新算法

這使天文學家能夠將它們與高能發射緊密地聯繫起來。所有這些都讓研究人員更接近於了解宇宙中最高能量輻射的起源。為了分析這些數據，研究團隊使用了一種先進的分析技術，能從幹涉觀測中獲得快速變化的源的信息，比如用阿塔卡馬大毫米陣列獲得的信息。幹涉測量學賦予科學家以無與倫比的細節水平，來觀察宇宙的能力；事實上，這也是事件視界望遠鏡(EHT)所基於的技術。

從而拍攝到了第一張黑洞圖像，幹涉測量學給了我們以無與倫比的細節觀察宇宙的能力。事實上，CIDEGENT項目的一部分致力於開發算法，就像在阿塔卡馬大毫米陣列觀測中使用的算法一樣，但也適用於更複雜的數據，比如來自事件視界望遠鏡的數據，這將使我們在不久的將，來能夠重建黑洞的『影像』，而不僅僅是圖像。Alejandro Mus，CIDEGENT紫外天文學系博士前研究員，也是這研究的合著者。

在事件視界望遠鏡項目中，有來自幾個機構的許多專家爭分奪秒地工作，以解決輻射源的快速可變性問題。目前開發的算法適用於阿塔卡馬大毫米陣列數據，已經使研究人員和天文學家們能夠獲得與PKS1830-211相關的磁場，如何在幾十分鐘尺度上變化的關鍵信息。同時研究人員希望能夠很快用正在研究的更複雜算法為事件視界望遠鏡做出貢獻。

博科園｜研究/來自：Asociacion RUVID

參考期刊《天文學與天體物理學》

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