科學(xué)家研究了300多個(gè)類星體旋轉(zhuǎn)的黑洞，這些黑洞產(chǎn)生了等離子束。研究發(fā)現(xiàn)，在距離黑洞一定距離的地方，這些天體物理噴流的形狀從拋物線變?yōu)殄F形，讓人想起70年代標(biāo)志性的“喇叭褲”。

通過有效測(cè)量這些“宇宙褲”，研究人員旨在解釋在遙遠(yuǎn)活動(dòng)星系中心將物質(zhì)加速到接近光速的中央引擎黑洞，其研究發(fā)表在《皇家天文學(xué)會(huì)月刊》上。

類星體是宇宙中最明亮的物體之一，盡管它距離地球數(shù)十億光年。類星體有時(shí)被稱為燈塔，類星體幫助我們導(dǎo)航的不僅僅是遙遠(yuǎn)的宇宙過去和復(fù)雜的宇宙結(jié)構(gòu)，還有我們的星球。因?yàn)轭愋求w是如此遙遠(yuǎn)，類星體可以被用作天空中穩(wěn)定的參考點(diǎn)，用來測(cè)量地球的自轉(zhuǎn)和行星表面物體的坐標(biāo)，這是GPS、GLONASS和其他定位系統(tǒng)的基礎(chǔ)。

宇宙的燈塔

類星體非常明亮，從很遠(yuǎn)的地方都能看得見。類星體擁有一個(gè)旋轉(zhuǎn)的超大質(zhì)量黑洞，質(zhì)量通常高達(dá)太陽的數(shù)十億倍。黑洞周圍的物質(zhì)帶著磁場落在黑洞上，場線類似于帶有帶電粒子的導(dǎo)線，帶電粒子像珠子一樣串在上面。當(dāng)磁力線旋轉(zhuǎn)時(shí)，等離子體加速到接近光速，由此產(chǎn)生的流出物被稱為天體物理噴流，正是因?yàn)樗鼈儯愋求w才成為如此耀眼的物體。

天文學(xué)家此前認(rèn)為，幾乎每一股噴流的形狀都像一個(gè)狹窄的錐體，離開黑洞區(qū)域后會(huì)橫向膨脹。在通過遍布全球的射電望遠(yuǎn)鏡網(wǎng)絡(luò)觀察了數(shù)百個(gè)類星體20年后，這項(xiàng)新研究的作者對(duì)這一假設(shè)提出了挑戰(zhàn)。制作了由莫哈韋計(jì)劃監(jiān)測(cè)的300多個(gè)類星體噴流圖像，并對(duì)形狀進(jìn)行了分析。結(jié)果，研究小組發(fā)現(xiàn)了10個(gè)類星體，它們的拋物線形狀噴流演化成了圓錐體。由于涉及到的類星體相對(duì)較近，所以可以看出這種轉(zhuǎn)變：

10個(gè)類星體中的每一個(gè)都“僅僅”位于數(shù)百萬光年之外，噴流延伸到距離黑洞大約幾十光年的地方。莫斯科物理與技術(shù)研究所(MIPT)和俄羅斯科學(xué)院列別捷夫物理研究所的尤里·科瓦列夫教授表示：到目前為止，遙遠(yuǎn)活動(dòng)星系中噴流形成和加速背后的機(jī)制還沒有完全弄清楚，但我們弄清楚這些宇宙加速器是如何工作的至關(guān)重要，噴流起源的區(qū)域很難辨別，因?yàn)樗浅Ｐ　?/p>

理解看不見的事物

與這些物體的距離如此之遠(yuǎn)，以至于一切都變得模糊起來。因此，雖然有多種理論模型可用，但沒有觀測(cè)數(shù)據(jù)來測(cè)試它們。新研究是第一次根據(jù)對(duì)大量類星體的觀測(cè)，研究噴流詳細(xì)幾何形狀的研究。噴流的幾何形狀是內(nèi)力和外力、磁場、等離子體和星際氣體之間錯(cuò)綜復(fù)雜相互作用的結(jié)果。天體物理學(xué)家們找到了一種很好的方法來解釋這些因素。由旋轉(zhuǎn)黑洞和磁場組成的中央發(fā)動(dòng)機(jī)提供有限動(dòng)力。

在此之前，人們就知道等離子體只有在達(dá)到某一點(diǎn)時(shí)才會(huì)輕易加速。在那之后，加速度變得如此緩慢，以至于實(shí)際上停止了。就是在這一點(diǎn)上，宇宙褲發(fā)出了閃光。早期的研究指出，在少數(shù)星系中觀察到的類星體噴射形狀發(fā)生了變化。然而并沒有得出結(jié)論，認(rèn)為這是所有類星體的特性，而不是相關(guān)的單個(gè)物體特性。研究將這種影響歸因于噴流的內(nèi)部特征，但事實(shí)證明，這種解釋是簡潔和直觀的。

科學(xué)家們現(xiàn)在有了一種新的方法來評(píng)估黑洞旋轉(zhuǎn)速度，并理解類星體中令人難以置信的聚焦和快速等離子射流形成機(jī)制，這些射流如此明亮，以至于在數(shù)十億光年外都能看到。

博科園｜研究/來自：莫斯科物理技術(shù)研究所

研究發(fā)表期刊《皇家天文學(xué)會(huì)月刊》

DOI: 10.1093/mnras/staa1121

博科園｜科學(xué)、科技、科研、科普

關(guān)注【博科園】看更多大美宇宙科學(xué)