解開謎團:超大質量黑洞如何加速噴流粒子至接近光速

作者 | 發布日期 2022 年 11 月 24 日 17:39 | 分類 天文 Telegram share ! follow us in feedly


宇宙有種極亮天體稱為耀變體,特徵是超大質量黑洞噴出的強大高速粒子流直指地球,幾十年來,科學家們一直在想這些粒子如何被加速至超高能量。現在一項新研究解開謎團,有關粒子加速的最佳解釋來自噴流衝擊波。

耀變體(blazar)是活躍星系一種,也被稱為活躍星系核(AGN),真面目是星系中央的超大質量黑洞,能產生 2 個垂直於吸積盤、方向相反的強大噴流,且其中一股方向直指地球。位於 4.56 億光年外名為 Markarian 501 的超大質量黑洞便有股噴流就恰好指向地球,它以接近光速的速度向太空噴射帶電粒子,後者又於過程發射出稱為同步輻射的強大 X 射線,是良好觀察對象。

天文學家 40 年來想知道的是什麼機制導致粒子被加速到接近光速,並從超大質量黑洞噴流飛馳而去。

NASA 於去年發射的成像 X 射線偏振測量儀(Imaging X-Ray Polarimetry Explorer,IXPE)可以揭露耀變體磁場環境,反過來提供有關加速噴流粒子的線索,在觀測 Markarian 501 黑洞後研究人員終於取得證據表明,「衝擊波」是將粒子加速到驚人速度的最可能機制。

有 2 種常見方式可以在噴流中產生衝擊波,第一種與環境原因有關:外部介質壓力和密度變化導致衝擊波產生;第二種是電漿移動速度不同,當慢速區域與快速區域碰撞時就會產生衝擊波。

若衝擊波理論正確,則科學家預測在 X 射線波長下偏振角會旋轉,後續 IXPE 觀測有機會檢測到這種旋轉,進一步支持結論。

新論文發表在《自然》(Nature)期刊。

(首圖來源:華盛頓大學

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