我們現在知道黑洞噴流為什麼會產生高能輻射。

新的數據明確支持噴流中沖擊波產生的輻射。

上圖:從黑洞周圍噴出的物質噴流可能是巨大的。

我們知道,活動星系核由其所含的超大質量黑洞提供能量,是宇宙中最亮的物體。

這種光來自黑洞周圍環境以接近光速的速度噴射出的物質。

在大多數情況下,這些活動星系核被稱為類星體。

但是,在極少數情況下,當其中一束噴流直接指向地球時,它們被稱為『耀變體《blazar》』,看起來更加明亮。

盡管人們已經大致了解了『耀變體《blazar》』的工作原理,但仍有一些細節尚不清楚,包括這種快速移動的物質是如何產生這麼多光的。

現在,研究人員將一個名為『成像X射線偏振探測器《IXPE》』的新天基天文臺對準了天空中最亮的耀變體之一。

它和其他觀測數據的結合表明,當黑洞噴流撞擊運動較慢的物質時,就會產生光。

噴流和光線

IXPE 專門用於探測高能光子的偏振 —— 光電場中擺動的方向。

偏振信息可以告訴我們產生光子的過程。

例如,在湍流環境中產生的光子本質上具有隨機偏振,而在更有結構的環境中則傾向於產生偏振范圍有限的光子。

另外,穿過物質或磁場的光也會發生偏振變化。

這對研究耀變體很有用。

這些物體發射出的高能光子是由噴流中的帶電粒子產生的。

當這些物體改變路線或減速時,它們必須以光子的形式放棄能量。

由於它們以接近光速的速度運動,它們有大量能量可以釋放,這使得耀變體可以發射從無線電波到伽馬射線的整個光譜 —— 盡管經歷了數十億年的紅移,但後者中的一些仍然保持著這些能量。

那麼,問題就變成了是什麼導致這些粒子減速。

現在有兩個主要觀點。

其中之一是噴流中的環境是紊流的,伴隨著物質和磁場的混亂堆積。

這會使粒子減速,而混亂的環境將意味著極化在很大程度上變得隨機化。

另一種想法是產生沖擊波,噴流中的物質撞擊到運動較慢的物質上,然後自身減速。

這是一個相對有序的過程,它產生的偏振在相對有限的范圍內,在更高的能量下更加明顯。

進入 IXPE

這組新的觀測是一項協調運動,利用各種望遠鏡捕捉較長波長的偏振,用 IXPE 處理最高能量的光子,來記錄耀變體『Markarian 501』。

此外,研究人員還搜索了幾個天文臺的檔案數據,以獲得『Markarian 501』的早期觀測結果,使他們能夠確定極化是否隨著時間的推移而穩定。

總的來說,在從無線電波到伽馬射線的整個光譜中,測量到的偏振彼此之間隻相差幾度。

隨著時間的推移,它也是穩定的,並且在較高的光子能量下其排列增加。

偏振仍然有一些變化,這表明在碰撞的地點有一些相對較小的紊亂,這並不令人驚訝。

但它的無序程度遠低於你對具有復雜磁場的湍流物質的預期。

雖然,這些結果提供了對黑洞如何產生光的更好的理解,但這個過程最終依賴於噴流的產生,而噴流發生在離黑洞更近的地方。

這些噴流是如何形成的仍然沒有被真正理解,所以研究黑洞天體物理學的科學家們仍需繼續努力。

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