超大质量黑洞被发现向地球喷出巨大的高能喷流
美国国家航空航天局发现了一个超大质量黑洞，它的高能喷流直接射向地球。不过，别担心，这个blazar位于4亿光年之外。
一幅插图显示了美国国家航空航天局IXPE任务中看到的blazar Markarian 421喷出的高能喷气式飞机。
这幅图显示，正如美国国家航空航天局的IXPE任务所看到的，blazar Markarian 421喷射出高能喷气式飞机。（图片来源：美国国家航空航天局/巴勃罗·加西亚）
美国国家航空航天局的一项任务观察到一个超大质量黑洞正将其高能喷流指向地球。不过，现在不要恐慌。像这次宇宙事件一样可怕 它位于一个非常安全的距离，大约4亿光年远。
主动进食的超大质量黑洞，包括眼前的黑洞，被称为吸积盘的物质漩涡盘包围，随着时间的推移，吸积盘会逐渐进食。然后，它们不会吞下的一些物质被引导到两极，然后在近光下被炸出， 或相对论， 速度这就产生了高能量和极其明亮的电磁辐射。在某些情况下，就像美国国家航空航天局最新的缪斯女神一样，这架喷气式飞机直接指向地球。这些事件被称为blazars。
2021年12月发射的美国国家航空航天局成像X射线偏振探测器（IXPE）观测到了这颗名为Markarian 421的布拉扎尔，位于大熊座。IXPE观察到一种称为极化的磁场特性，它指的是磁场的方向。Markarian 421喷出的喷流的偏振现象让天文学家感到惊讶，这表明喷流中粒子被加速的部分也是螺旋结构磁场的所在地。
Blazar喷气式飞机可以在太空中飞行数百万光年，但发射它们的机制尚不清楚。然而，围绕Markarian 421喷流的这些新发现可能会为这一极端宇宙现象提供一些线索。
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“Markarian 421是高能天文学家的老朋友，”该发现的首席研究员、意大利航天局天体物理学家Laura Di Gesu在一份声明中说。“我们确信blazar将是IXPE的一个有价值的目标，但它的发现超出了我们的最佳预期，成功地证明了X射线极化法如何丰富我们探测相对论喷流不同区域复杂磁场几何和粒子加速度的能力。”
blazar喷流的扭曲结构
馈送超大质量黑洞的喷流如此明亮的主要原因是，接近光速的粒子会释放出巨大的能量，其行为符合爱因斯坦狭义相对论的物理学。
Blazar喷流的亮度也得到了额外的提升，因为它们朝向我们，导致与喷流相关的光波长“聚集”，增加了它们的频率和能量。这类似于即将到来的救护车的警报器发出的声波“聚集”在一起，导致频率增加，使其听起来更高音。
由于这两种效应，blazars通常可以比容纳它们的星系中每颗恒星的组合光更亮。现在，IXPE已经用这种光描绘了Markarian 421喷气式飞机核心的物理过程，甚至确定了发光光束的起源点。
此前，blazar喷流的模型曾暗示，它们伴随着螺旋磁场，几乎就像活细胞中的DNA一样，除了单链而不是双链。然而，没有预测到的是，磁性螺旋将占据粒子加速的区域。
艺术家对太空中IXPE天文台的描绘。我们在太空中看到一颗T形卫星。（图片来源：美国国家航空航天局）
研究合著者、麻省理工学院物理学家赫尔曼·马歇尔说：“我们曾预计偏振方向可能会改变，但根据之前对许多布拉扎尔的光学观测，我们认为大旋转是罕见的。因此，我们计划对布拉扎尔进行几次观测，第一次观测显示出15%的恒定偏振。”。“
更值得注意的是，对IXPE数据的分析表明，在第一次和第二次观测之间，喷流的极化率降至0%。这向团队展示了磁场像螺旋钻一样旋转。
马歇尔说：“我们认识到，极化实际上大致相同，但它的方向确实发生了180度大转弯，在两天内旋转了近180度。”。“然后，在一天后开始的第三次观测中，我们再次感到惊讶，观测到偏振方向继续以同样的速度旋转。”
在这些演习中，对光学、红外和无线电波形式的电磁辐射的测量表明，即使X射线发射发生了变化，也不会对喷气式飞机本身的稳定性和结构产生影响。这意味着来自Markarian 421的冲击波沿着扭曲的磁场传播。
IXPE的Markarian 501曾在另一个blazar的喷流中看到过这种现象的迹象，但该团队的新发现代表了更明确的证据，表明螺旋磁场确实有助于传播冲击波，使喷流粒子加速到相对论速度。
一位艺术家的概念是，一个正在吞噬的超大质量黑洞，其喷流以几乎光速向外流动。（图片来源：美国航空航天局/喷气推进实验室加州理工学院）
这项工作背后的团队打算继续研究Markarian 421，并确定其他Blazar，以寻找一些具有类似品质的Blazar来揭示一种机制，从而推动这些现象的极端和明亮的外流特征。
Di Gesu总结道：“多亏了IXPE，这是一个研究天体物理喷流的激动人心的时刻。”。
该团队的研究于周一（7月17日）发表在《自然天文学》杂志上。
