8 12 月, 2022

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我们现在知道为什么黑洞喷流会发出高能辐射

放大 / 从黑洞周围喷出的物质射流可能是巨大的。

活跃的星系核由它们所含的超大质量黑洞提供动力,是宇宙中最亮的物体。 光来自于以接近光速的速度从黑洞周围环境中喷出的物质射流。 在大多数情况下,这些活跃的星系核被称为类星体。 但在极少数情况下,其中一个喷射流直接指向地球,它被称为耀变体并且看起来更亮。

虽然耀变体如何工作的大致轮廓已经制定出来,但许多细节仍然知之甚少,包括快速移动的物质如何产生如此多的光。 现在,研究人员改造了一个名为 偏振 X 射线成像探索器 (IXPE) 朝向天空中最亮的火焰之一。 综合起来,来自它的数据和其他观察结果表明,当黑洞射流与缓慢移动的物质碰撞时会产生光。

飞机和灯光

IXPE 专门检测高能光子的偏振——光电场中的振动方向。 偏振信息可以告诉我们一些关于产生光子的过程的信息。 例如,源自无序环境的光子基本上具有随机偏振,而更有序的环境往往会产生偏振范围有限的光子。 穿过材料或磁场的光也可以改变其偏振。

这已被证明对研究耀变体很有用。 这些物体发射的高能光子是由射流中的带电粒子产生的。 当这些物体改变轨迹或减速时,它们必须以光子的形式放弃能量。 因为它们以接近光速的速度移动,所以它们有很多能量可以放弃,从而使耀变体能够在从无线电波到伽马射线的整个光谱范围内发射——尽管数十亿年的红移,其中一些伽马射线仍保持这些能量.

因此,问题就变成了导致这些粒子减速的原因。 有两个主导思想。 其中一个因素是飞机中的环境是动荡的,材料和磁场的混乱积累。 这会导致粒子减速,混乱的环境将意味着极化在很大程度上变得随机。

另一种想法涉及冲击波,射流中的物质与缓慢移动的物质碰撞,使其减速。 这是一个相对有序的过程,产生相对带限的极化,在更高的能量下变得更加明显。

进入IXPE

新的一组观测是一项协调的活动,使用各种捕捉更长波长偏振的望远镜记录 Blazar Markarian 501,IXPE 处理最高能量的光子。 此外,研究人员还搜索了几个天文台的档案,寻找 Markarian 501 的早期观测结果,这使他们能够确定极化是否随时间稳定。

一般来说,在从无线电波到伽马射线的整个频谱中,测量到的偏振彼此相差几度以内。 随着时间的推移它也很稳定,并且它的排列在更高的光子能量下增加。

极化仍然存在一点差异,这表明碰撞地点存在相对轻微的扰动,这并不奇怪。 但它的湍流比你对具有复杂磁场的湍流物质的预期要小得多。

虽然这些结果有助于更好地理解黑洞如何产生光,但这一过程最终取决于黑洞附近发生的喷流的产生。 这些喷流是如何形成的还不是很清楚,所以研究黑洞天体物理学的人仍然有理由在周末后重新开始工作。

自然2022. 多伊: 10.1038 / s41586-022-05338-0 (关于 DOI).

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