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黑洞类星体等离子喷流, 是直直地喷出吗?不,是喇叭裤状喷出!

黑洞类星体等离子喷流, 是直直地喷出吗?不,是喇叭裤状喷出!
2020年06月08日 23:59 新浪网 作者 博科园

  科学家研究了300多个类星体旋转的黑洞,这些黑洞产生了等离子束。研究发现,在距离黑洞一定距离的地方,这些天体物理喷流的形状从抛物线变为锥形,让人想起70年代标志性的“喇叭裤”。通过有效测量这些“宇宙裤”,研究人员旨在解释在遥远活动星系中心将物质加速到接近光速的中央引擎黑洞,其研究发表在《皇家天文学会月刊》上。

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  类星体是宇宙中最明亮的物体之一,尽管它距离地球数十亿光年。类星体有时被称为灯塔,类星体帮助我们导航的不仅仅是遥远的宇宙过去和复杂的宇宙结构,还有我们的星球。因为类星体是如此遥远,类星体可以被用作天空中稳定的参考点,用来测量地球的自转和行星表面物体的坐标,这是GPS、GLONASS和其他定位系统的基础。

  宇宙的灯塔

  类星体非常明亮,从很远的地方都能看得见。类星体拥有一个旋转的超大质量黑洞,质量通常高达太阳的数十亿倍。黑洞周围的物质带着磁场落在黑洞上,场线类似于带有带电粒子的导线,带电粒子像珠子一样串在上面。当磁力线旋转时,等离子体加速到接近光速,由此产生的流出物被称为天体物理喷流,正是因为它们,类星体才成为如此耀眼的物体。

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  天文学家此前认为,几乎每一股喷流的形状都像一个狭窄的锥体,离开黑洞区域后会横向膨胀。在通过遍布全球的射电望远镜网络观察了数百个类星体20年后,这项新研究的作者对这一假设提出了挑战。制作了由莫哈韦计划监测的300多个类星体喷流图像,并对形状进行了分析。结果,研究小组发现了10个类星体,它们的抛物线形状喷流演化成了圆锥体。由于涉及到的类星体相对较近,所以可以看出这种转变:

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  10个类星体中的每一个都“仅仅”位于数百万光年之外,喷流延伸到距离黑洞大约几十光年的地方。莫斯科物理与技术研究所(MIPT)和俄罗斯科学院列别捷夫物理研究所的尤里·科瓦列夫教授表示:到目前为止,遥远活动星系中喷流形成和加速背后的机制还没有完全弄清楚,但我们弄清楚这些宇宙加速器是如何工作的至关重要,喷流起源的区域很难辨别,因为它非常小。

  理解看不见的事物

  与这些物体的距离如此之远,以至于一切都变得模糊起来。因此,虽然有多种理论模型可用,但没有观测数据来测试它们。新研究是第一次根据对大量类星体的观测,研究喷流详细几何形状的研究。喷流的几何形状是内力和外力、磁场、等离子体和星际气体之间错综复杂相互作用的结果。天体物理学家们找到了一种很好的方法来解释这些因素。由旋转黑洞和磁场组成的中央发动机提供有限动力。

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  在此之前,人们就知道等离子体只有在达到某一点时才会轻易加速。在那之后,加速度变得如此缓慢,以至于实际上停止了。就是在这一点上,宇宙裤发出了闪光。早期的研究指出,在少数星系中观察到的类星体喷射形状发生了变化。然而并没有得出结论,认为这是所有类星体的特性,而不是相关的单个物体特性。研究将这种影响归因于喷流的内部特征,但事实证明,这种解释是简洁和直观的。

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  科学家们现在有了一种新的方法来评估黑洞旋转速度,并理解类星体中令人难以置信的聚焦和快速等离子射流形成机制,这些射流如此明亮,以至于在数十亿光年外都能看到。

  博科园|研究/来自:莫斯科物理技术研究所

  研究发表期刊《皇家天文学会月刊》

  DOI: 10.1093/mnras/staa1121

  博科园|科学、科技、科研、科普

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