超大质量黑洞被看到像一个宇宙蜘蛛一样旋转等离子体绳索

By Robert Lea

2023/10/29

   Science & Astronomy

    一个570光年长扭曲的等离子体喷射正以接近光速被从一个遥远的耀斑星炸出。

显示一个超大质量黑洞炸出一个扭曲的喷射的描画。(Image credit: An illustration shows a supermassive black hole blasting out a twisted jet.)

    像一只怪物的宇宙蜘蛛一样，一个遥远的超大质量黑洞正在将一个等离子体的射流旋转成一条扭曲的绳索并以接近光速炸它出来。

    天文学家用一个包括射电天文太空望远镜被结合来形成一个地球大小天线的射电望远镜网络见证了这一壮观的景象。特别的，这个网络被训练来观测一个名为3C 279的遥远耀斑星的心脏。

    这些观测构成科学家从来有过的来自一个超大质量黑洞浮现的天体物理喷射的最详细观看，揭示一个喷射源附近复杂的、扭曲的图案。这张新图片可能挑战目前接受的40年来已经被用来解释这些喷射如何被创造以及它们如何随着时间演变的理论。

    安达卢西亚天体物理研究所（IAA-CSIC）的团队负责人兼研究员安东尼奥·富恩特斯在一份声明中说，“多亏射电天文和一个跨地球分布的23个射电望远镜网络，我们已经获得迄今为止一个耀斑星的内部的最高分辨率图像，允许我们来首次如此详细观测这个喷射的内部结构”。

一个太空蜘蛛的570光年长的网

    耀斑星如3C 279是星系的明亮心脏，因为宿主一个正在吃的超大质量黑洞，发射强大的光。这里是这意味的。

    在星系中心中积极喂养黑洞持续的搅动它们吃在上的物质，这种物质以扁平板的气体和尘埃形式被位于围绕空无。这些板被称为“吸积盘”。总而言之，这种场景统称为活跃星系核。活跃星系核往往是如此明亮它们外照周围星系中每颗恒星结合了的光。

    但在整个吃食过程中，大约10%的活跃星系核炸出天体物理喷射。这些被称为类星体------当这些类星体有直接瞄准地球的喷射时它们被称为耀斑星。

    3C 279的新观测揭示等离子体喷射和在这个耀斑星中心的超大质量黑洞的前所未有的细节。该团队的另一名成员和全球mm-VLBI阵列的欧洲调度员爱德华多·罗斯在声明中说，“这是我们第一次已经看到这样的细丝如此接近喷射的起源，它们告诉我们更多关于黑洞如何形成等离子体的，这表明不同的望远镜如何能揭示同一天体的不同特征”。

    特别是，研究小组发现这个喷射至少由两根扭曲的等离子体细丝组成，从它们的源头延伸过570光年。观测还表明了等离子体喷射不是笔直的和均匀的，它们展示作为中心黑洞的影响而发生的曲折。

由世界各地的射电望远镜拍摄的图像显示从遥远的耀斑星 3C 279炸出来的喷射的纠缠细丝。 (Image credit: NASA/DOE/Fermi LAT Collaboration; VLBA/Jorstad et al.; RadioAstron/Fuentes et al)

    扭曲或螺旋丝是等离子体喷射中不稳定的结果，这是这些喷射如何演变的先前理论可能需要被修改隐含的部分。这项研究还可能修改我们的从活约星系核近光速喷射最初形成中磁场起的角色的理解。

    该团队的成员之一、马克斯普朗克射电天文学研究所的科学家赵光耀在声明中说，“源自我们的结果的一个特别有趣的方面是，它们提示一个约束喷射的螺旋磁场的存在，因此，可能是磁场围绕3C 279中喷射顺时针旋转，引导和指导喷射的等离子体以0.997倍光速的速度移动”。

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    该研究证明关于耀斑星及其喷射有很多东西需要来了解，并且需要来建立更准确的围绕进食的超大质量黑洞起作用过程的模型。它还强调改进射电望远镜和开发更详细成像遥远宇宙天体技术的重要性。

    该团队的成员之一马克斯普朗克射电天文学研究所的科学家安德烈·洛巴诺夫在声明中说，“我们正在进入一个其中这些细丝能被实际上连接到黑洞产生这个喷射的立即附近最复杂过程的全新领域”。

    该团队的研究于10月26日星期四发表在Nature Astronomy杂志上。