就在銀河系中，發(fā)現(xiàn)一顆恒星黑洞，發(fā)出1.6倍超光速的噴射流

天文學(xué)家新發(fā)現(xiàn)了一個(gè)黑洞，這個(gè)黑洞正以接近光速的速度，將熾熱的物質(zhì)拋入太空，美國宇航局錢德拉X射線天文臺(tái)捕捉到了這一事件閃亮的耀斑。黑洞和它的伴星組成了一個(gè)名為MAXI J1820+070的系統(tǒng)，就在我們的銀河系中，距離地球約10000光年。這個(gè)黑洞質(zhì)量大約是太陽的8倍，被認(rèn)定為所謂的恒星質(zhì)量黑洞，由一顆大質(zhì)量恒星坍塌形成。

這與超大質(zhì)量黑洞形成鮮明對(duì)比，超大質(zhì)量黑洞質(zhì)量是太陽的數(shù)百萬倍或數(shù)十億倍。圍繞黑洞運(yùn)行的伴星質(zhì)量大約是太陽的一半，黑洞的強(qiáng)大引力將伴星上的物質(zhì)拉入黑洞周圍的X射線發(fā)射盤。雖然吸積盤中的一些熱氣會(huì)越過“事件視界”(不返回點(diǎn))落入黑洞，但有些熱氣卻會(huì)以一對(duì)短的物質(zhì)束或噴流形式從黑洞中炸開，這些噴流指向相反的方向，沿著磁力線從事件視界之外發(fā)射。

這個(gè)黑洞行為基于錢德拉望遠(yuǎn)鏡獲得的四次觀測，其研究發(fā)現(xiàn)發(fā)表在《天體物理學(xué)》期刊上。夏威夷PanSTARRS光學(xué)望遠(yuǎn)鏡拍攝的銀河系的光學(xué)和紅外巨幅圖像，位置為MAXI J1820+070，位于該星系平面上方，用十字標(biāo)記，插圖顯示了一部循環(huán)播放錢德拉四次觀測的影像。Maxi J1820+070是圖像中間明亮的X射線源，可以看到X射線源在噴流中從黑洞向北和向南移動(dòng)。

1.6倍的“視超光速”噴流

Maxi J1820+070是X射線的點(diǎn)源，雖然它看起來比點(diǎn)源大，因?yàn)樗葒娏髟戳恋枚唷Ｎ镔|(zhì)射流離開黑洞的速度到底有多快？從地球的角度來看，北方的噴流似乎以光速的60%移動(dòng)，而南方噴流移動(dòng)速度是光速的160%（1.6倍），這聽起來是不可能的！但這是超光速運(yùn)動(dòng)的一個(gè)例子，當(dāng)物體以接近光速的速度沿著我們視線附近方向向我們移動(dòng)時(shí)，就會(huì)發(fā)生這種現(xiàn)象，所以給人一種黑洞噴流運(yùn)動(dòng)比光速更快的錯(cuò)覺。

在MAXI J1820+070的例子中，南方噴流指向我們，北方噴流背向我們，所以看上去感覺南方噴流似乎比北方噴流移動(dòng)得更快，但兩個(gè)方向射流中粒子的實(shí)際速度都大于80%光速，并沒有真正達(dá)到或超過光速。在恒星質(zhì)量黑洞的X射線中，只有另外兩個(gè)這樣的高速噴流例子。牛津大學(xué)喬·布萊特(Joe Bright)領(lǐng)導(dǎo)的一個(gè)團(tuán)隊(duì)也在射電波長觀測到了MAXI J1820+070，僅根據(jù)射電數(shù)據(jù)就探測到了致密源的視超光速運(yùn)動(dòng)。

由于錢德拉觀測到的黑洞噴流被跟蹤時(shí)間幾乎翻了一番，埃斯皮納塞和研究團(tuán)隊(duì)對(duì)無線電數(shù)據(jù)和新的錢德拉數(shù)據(jù)進(jìn)行了綜合分析，給出了更多關(guān)于黑洞噴流的信息，這包括噴流離開黑洞時(shí)正在減速的證據(jù)。噴流中的大部分能量沒有轉(zhuǎn)化為輻射，而是在噴流中的粒子與周圍物質(zhì)相互作用時(shí)釋放出來。這些相互作用可能是噴流減速的原因，當(dāng)噴流在星際空間與周圍物質(zhì)相撞時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生類似于超音速飛機(jī)引起音爆的沖擊波。

這個(gè)過程會(huì)產(chǎn)生比大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)更高的粒子能量。研究人員估計(jì)，在這兩次黑洞噴流中，大約有4億磅的物質(zhì)被從黑洞周圍吹走。這個(gè)質(zhì)量相當(dāng)于黑洞周圍幾個(gè)小時(shí)內(nèi)在圓盤上可以積累的質(zhì)量，相當(dāng)于大約一千顆哈雷彗星，或者大約是帝國大廈質(zhì)量的5億倍。對(duì)MAXI J1820+070和類似系統(tǒng)的研究，有望讓我們更多地了解恒星質(zhì)量黑洞產(chǎn)生的噴流，以及當(dāng)噴流與周圍環(huán)境相互作用時(shí)，它們是如何釋放能量的。

博科園｜研究/來自：錢德拉X射線中心

研究發(fā)表期刊《arXiv》《天體物理學(xué)》

Cite: arXiv:2004.06416

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