超大質量黑洞被發現向地球噴出巨大的高能噴流
美國國家航空航天局發現了一個超大質量黑洞，它的高能噴流直接射向地球。不過，別擔心，這個blazar位於4億光年之外。
一幅插圖顯示了美國國家航空航天局IXPE任務中看到的blazar Markarian 421噴出的高能噴氣式飛機。
這幅圖顯示，正如美國國家航空航天局的IXPE任務所看到的，blazar Markarian 421噴射出高能噴氣式飛機。（圖片來源：美國國家航空航天局/巴勃羅·加西亞）
美國國家航空航天局的一項任務觀察到一個超大質量黑洞正將其高能噴流指向地球。不過，現在不要恐慌。像這次宇宙事件一樣可怕 它位於一個非常安全的距離，大約4億光年遠。
主動進食的超大質量黑洞，包括眼前的黑洞，被稱為吸積盤的物質漩渦盤包圍，隨着時間的推移，吸積盤會逐漸進食。然後，它們不會吞下的一些物質被引導到兩極，然後在近光下被炸出， 或相對論， 速度這就產生了高能量和極其明亮的電磁輻射。在某些情況下，就像美國國家航空航天局最新的繆斯女神一樣，這架噴氣式飛機直接指向地球。這些事件被稱為blazars。
2021年12月發射的美國國家航空航天局成像X射線偏振探測器（IXPE）觀測到了這顆名為Markarian 421的布拉扎爾，位於大熊座。IXPE觀察到一種稱為極化的磁場特性，它指的是磁場的方向。Markarian 421噴出的噴流的偏振現象讓天文學家感到驚訝，這表明噴流中粒子被加速的部分也是螺旋結構磁場的所在地。
Blazar噴氣式飛機可以在太空中飛行數百萬光年，但發射它們的機制尚不清楚。然而，圍繞Markarian 421噴流的這些新發現可能會為這一極端宇宙現象提供一些線索。
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「Markarian 421是高能天文學家的老朋友，」該發現的首席研究員、意大利航天局天體物理學家Laura Di Gesu在一份聲明中說。「我們確信blazar將是IXPE的一個有價值的目標，但它的發現超出了我們的最佳預期，成功地證明了X射線極化法如何豐富我們探測相對論噴流不同區域複雜磁場幾何和粒子加速度的能力。」
blazar噴流的扭曲結構
饋送超大質量黑洞的噴流如此明亮的主要原因是，接近光速的粒子會釋放出巨大的能量，其行為符合愛因斯坦狹義相對論的物理學。
Blazar噴流的亮度也得到了額外的提升，因為它們朝向我們，導致與噴流相關的光波長「聚集」，增加了它們的頻率和能量。這類似於即將到來的救護車的警報器發出的聲波「聚集」在一起，導致頻率增加，使其聽起來更高音。
由於這兩種效應，blazars通常可以比容納它們的星系中每顆恆星的組合光更亮。現在，IXPE已經用這種光描繪了Markarian 421噴氣式飛機核心的物理過程，甚至確定了發光光束的起源點。
此前，blazar噴流的模型曾暗示，它們伴隨着螺旋磁場，幾乎就像活細胞中的DNA一樣，除了單鏈而不是雙鏈。然而，沒有預測到的是，磁性螺旋將佔據粒子加速的區域。
藝術家對太空中IXPE天文台的描繪。我們在太空中看到一顆T形衛星。（圖片來源：美國國家航空航天局）
研究合著者、麻省理工學院物理學家赫爾曼·馬歇爾說：「我們曾預計偏振方向可能會改變，但根據之前對許多布拉扎爾的光學觀測，我們認為大旋轉是罕見的。因此，我們計劃對布拉扎爾進行幾次觀測，第一次觀測顯示出15%的恆定偏振。」。「
更值得注意的是，對IXPE數據的分析表明，在第一次和第二次觀測之間，噴流的極化率降至0%。這向團隊展示了磁場像螺旋鑽一樣旋轉。
馬歇爾說：「我們認識到，極化實際上大致相同，但它的方向確實發生了180度大轉彎，在兩天內旋轉了近180度。」。「然後，在一天後開始的第三次觀測中，我們再次感到驚訝，觀測到偏振方向繼續以同樣的速度旋轉。」
在這些演習中，對光學、紅外和無線電波形式的電磁輻射的測量表明，即使X射線發射發生了變化，也不會對噴氣式飛機本身的穩定性和結構產生影響。這意味着來自Markarian 421的衝擊波沿着扭曲的磁場傳播。
IXPE的Markarian 501曾在另一個blazar的噴流中看到過這種現象的跡象，但該團隊的新發現代表了更明確的證據，表明螺旋磁場確實有助於傳播衝擊波，使噴流粒子加速到相對論速度。
一位藝術家的概念是，一個正在吞噬的超大質量黑洞，其噴流以幾乎光速向外流動。（圖片來源：美國航空航天局/噴氣推進實驗室加州理工學院）
這項工作背後的團隊打算繼續研究Markarian 421，並確定其他Blazar，以尋找一些具有類似品質的Blazar來揭示一種機制，從而推動這些現象的極端和明亮的外流特徵。
Di Gesu總結道：「多虧了IXPE，這是一個研究天體物理噴流的激動人心的時刻。」。
該團隊的研究於周一（7月17日）發表在《自然天文學》雜誌上。
