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  • 就在银河系中,发现一颗恒星黑洞,发出1.6倍超光速的喷射流

    天文学家新发现了一个黑洞,这个黑洞正以接近光速的速度,将炽热的物质抛入太空,美国宇航局钱德拉X射线天文台捕捉到了这一事件闪亮的耀斑。黑洞和它的伴星组成了一个名为MAXI J1820+070的系统,就在我们的银河系中,距离地球约10000光年。这个黑洞质量大约是太阳的8倍,被认定为所谓的恒星质量黑洞,由一颗大质量恒星坍塌形成。

    就在银河系中,发现一颗恒星黑洞,发出1.6倍超光速的喷射流

    这与超大质量黑洞形成鲜明对比,超大质量黑洞质量是太阳的数百万倍或数十亿倍。围绕黑洞运行的伴星质量大约是太阳的一半,黑洞的强大引力将伴星上的物质拉入黑洞周围的X射线发射盘。虽然吸积盘中的一些热气会越过“事件视界”(不返回点)落入黑洞,但有些热气却会以一对短的物质束或喷流形式从黑洞中炸开,这些喷流指向相反的方向,沿着磁力线从事件视界之外发射。

    就在银河系中,发现一颗恒星黑洞,发出1.6倍超光速的喷射流

    这个黑洞行为基于钱德拉望远镜获得的四次观测,其研究发现发表在《天体物理学》期刊上。夏威夷PanSTARRS光学望远镜拍摄的银河系的光学和红外巨幅图像,位置为MAXI J1820+070,位于该星系平面上方,用十字标记,插图显示了一部循环播放钱德拉四次观测的影像。Maxi J1820+070是图像中间明亮的X射线源,可以看到X射线源在喷流中从黑洞向北和向南移动。

    1.6倍的“视超光速”喷流

    Maxi J1820+070是X射线的点源,虽然它看起来比点源大,因为它比喷流源亮得多。物质射流离开黑洞的速度到底有多快?从地球的角度来看,北方的喷流似乎以光速的60%移动,而南方喷流移动速度是光速的160%(1.6倍),这听起来是不可能的!但这是超光速运动的一个例子,当物体以接近光速的速度沿着我们视线附近方向向我们移动时,就会发生这种现象,所以给人一种黑洞喷流运动比光速更快的错觉。

    就在银河系中,发现一颗恒星黑洞,发出1.6倍超光速的喷射流

    在MAXI J1820+070的例子中,南方喷流指向我们,北方喷流背向我们,所以看上去感觉南方喷流似乎比北方喷流移动得更快,但两个方向射流中粒子的实际速度都大于80%光速,并没有真正达到或超过光速。在恒星质量黑洞的X射线中,只有另外两个这样的高速喷流例子。牛津大学乔·布莱特(Joe Bright)领导的一个团队也在射电波长观测到了MAXI J1820+070,仅根据射电数据就探测到了致密源的视超光速运动。

    就在银河系中,发现一颗恒星黑洞,发出1.6倍超光速的喷射流

    由于钱德拉观测到的黑洞喷流被跟踪时间几乎翻了一番,埃斯皮纳塞和研究团队对无线电数据和新的钱德拉数据进行了综合分析,给出了更多关于黑洞喷流的信息,这包括喷流离开黑洞时正在减速的证据。喷流中的大部分能量没有转化为辐射,而是在喷流中的粒子与周围物质相互作用时释放出来。这些相互作用可能是喷流减速的原因,当喷流在星际空间与周围物质相撞时,就会产生类似于超音速飞机引起音爆的冲击波。

    就在银河系中,发现一颗恒星黑洞,发出1.6倍超光速的喷射流

    这个过程会产生比大型强子对撞机更高的粒子能量。研究人员估计,在这两次黑洞喷流中,大约有4亿磅的物质被从黑洞周围吹走。这个质量相当于黑洞周围几个小时内在圆盘上可以积累的质量,相当于大约一千颗哈雷彗星,或者大约是帝国大厦质量的5亿倍。对MAXI J1820+070和类似系统的研究,有望让我们更多地了解恒星质量黑洞产生的喷流,以及当喷流与周围环境相互作用时,它们是如何释放能量的。

    就在银河系中,发现一颗恒星黑洞,发出1.6倍超光速的喷射流

    博科园|研究/来自:钱德拉X射线中心

    研究发表期刊《arXiv》《天体物理学》

    Cite: arXiv:2004.06416

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