在時間之初,宇宙間可能充滿了超大質量的黑洞

2020-12-06 天文在線

簡介：貝拉迪塔和她的合著者通過發現blazars證實了宇宙生命的前10億年裡，存在著大量發射強大相對論噴流的超大質量黑洞。

宇宙大爆炸9億年後，它出現了。

圖像顯示了從離太陽系不遠的天鵝座A星系中心噴射出來的噴流。有論文指出在一個十分遙遠的古代星系，天文學家觀察到了相似的現象。天文學家在地球捕獲到了該古老星系中心的超大質量黑洞發射的一束相當明亮的噴流，這噴流看起來像為黑洞穿上了一件閃亮的外衣。

(圖片：NRAO)

大爆炸後9億年，在宇宙最早的星系時代，已經有一個相當於10億倍太陽大小的黑洞。這個黑洞吸收了大量的電離氣體，形成了一個星系引擎，被稱為「火焰」(blazar)，它將一股超熱的明亮物質噴射到太空中。在地球上，我們仍然可以探測到120多億年後那次爆炸產生的光波。

天文學家先前發現的證據表明，在稍微年輕一點的「輻射噪聲活躍星系核」(RL AGNs)中存在著原始的超大質量黑洞。RL agn是具有核心的星系，通過射電望遠鏡可以看到它格外明亮，這被認為是它們包含超大質量黑洞的證據。Blazars是一種獨特的RL AGN，它向相反的方向噴出兩束「相對」(接近光速)物質。這些噴射流發出許多不同波長的窄光束，只有當它們對準地球時，天文學家才能在如此遙遠的距離上探測到它們。布拉扎爾的新發現將最古老的超大質量黑洞的確定日期提前到了宇宙歷史的頭10億年，這表明在那個時代還有其他類似的還沒有被發現的黑洞。

「因為這個發現,我們能夠說,在生命的第一個幾十億年的宇宙中,存在大量的非常巨大的黑洞發出強大的相對的噴流,」米蘭義大利國家天體物理研究所(INAF)的西爾維亞博士在一份聲明中說，他是一篇有關布拉扎的新論文的合著者。

西爾維亞和她的合著者的發現證實了blazars存在於宇宙歷史上一個被稱為「再電離」的時代，那是在大爆炸後漫長的黑暗時代之後的一段時間，那時第一批恆星和星系開始形成。

論文作者寫道，這個發現表明還有許多其他的行星等待發現。如果在宇宙的早期階段只有一顆布拉扎星存在，它的狹窄可見的光束就剛好射向了地球，這也太巧了。更有可能的是，當時有許多這樣的噴流指向各個方向，其中有一個碰巧到達了地球。

論文還寫道，這些噴流是超大質量黑洞的種子，這些超大質量黑洞孕育著今天宇宙中大型星系的核心，包括銀河系中心相對安靜的超大質量黑洞——人馬座A*。

「研究噴流是非常重要的。對於每一個觀測到的光波，其實總有和其相似的大量其他光波，但大多數光波都有不同的方向導致其能量太弱而無法直接觀測。」西爾維亞說。

這些信息幫助天體物理學家重建宇宙早期的巨型黑洞。

相對論性噴流

相對論性噴流。在AGN周圍的環境中，相對論性等離子體被準直成噴流，噴流沿著超大質量黑洞的極點逃逸。

相對論性噴流是非常強大的等離子體噴流[2]，其速度接近一些活動星系(特別是射電星系和類星體)的中心黑洞、恆星黑洞和中子星發射的光速。它們的長度可以達到數千[3]甚至數十萬光年。如果射流速度接近光速，狹義相對論的影響十分明顯;例如，相對論光束將改變表觀光束亮度(見下面的「單邊」噴流)。在科學界，噴流[5][6]的形成和噴流[7]的組成仍然是一個有很多爭議的問題。關於噴流成分的結論可能不同;一些研究傾向於這樣一種模型，即噴流是由原子核、電子和正電子的電中性混合物組成，而另一些研究則認為其主要由正電子等離子體組成。

哈勃太空望遠鏡拍攝到的橢圓星系M87發射出相對論性噴流。

巨大星系的中心黑洞擁有最強大的噴流。類似規模小得多的噴流來自中子星和恆星黑洞。這些系統通常被稱為微類星體。一個例子是SS433，其觀測到的噴射速度為0.23c，儘管其他微類星體的噴射速度似乎要高得多(但測量數據並不是很準確)。甚至更弱、更少的相對論性噴流可能與許多雙星系統有關;這些噴射流的加速機制可能類似於在地球磁層和太陽風中觀察到的磁重聯過程。

天體物理學家的認同的普遍假設是，相對論性噴流的形成是解釋伽馬暴產生的關鍵。這些噴流的洛倫茲係數約為100或更高(即速度約為0.99995c)，是目前已知速度最快的太空物質之一。

作者：Rafi Letzter - Staff Writer

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