本文轉自：參考訊息網

大多數星系是圍繞巨大黑洞形成的。雖然其中的許多黑洞相對溫順——就像位於我們銀河系中心的那個黑洞，但有些黑洞卻很兇悍——它們會吞噬周圍物質並向太空深處噴射出巨大且極其明亮的高能粒子流。

據路透社11月23日報道，利用最近部署到太空中的軌道觀測站“X射線成像偏振探測器”（IXPE）所採集到的資料，研究人員近日提出了關於這些噴流如何變得極其明亮的解釋：以超音速遠離黑洞的衝擊波給被稱為電子的亞原子粒子注入能量。

研究人員對位於武仙座方向、距離地球大約4。6億光年的巨大橢圓形星系Markarian 501中央的一個名為耀變體的奇異天體進行了研究。

耀變體是一種被稱為類星體的天體，它們由超大質量黑洞提供能量。這些黑洞吞噬處在星系中心的氣體和其他物質並沿相反方向朝太空中噴射兩股粒子流。耀變體的方位使得——從我們的視角觀察——兩股粒子噴流中的一股是直接射向我們的。

歐洲南方天文臺（ESO）芬蘭天文學中心的天文學家揚尼斯·利奧達基斯是這篇發表在《自然》週刊上的研究論文的第一作者。他說：“耀變體是可觀測宇宙中光亮最持久的天體。它們最有活力。它們擁有最龐大、最可怕的黑洞。在它們周圍發生的一切都令人著迷。”

科學家長期以來一直試圖瞭解這些從耀變體中發出的噴流如此明亮的原因，以及噴流中粒子的行為。這種耀變體發出的噴流延伸至大約100萬光年以外的地方。

作為美國國家航空航天局（NASA）和義大利航天局的一個協作專案，去年12月發射的IXPE對宇宙來源發出的X射線的亮度和偏振度進行測量。不同的現象——例如衝擊波或湍流——會呈現各自的偏振“特徵”。

研究人員發現的證據表明，噴流中的粒子在碰撞到噴流內部向外傳導的衝擊波時會獲得能量，並在加速的過程中發出X射線。當某種東西以高於聲音的速度穿行在空氣之類的介質中時就會產生衝擊波，例如超音速噴氣式飛機在地球大氣層中飛行。在某個存在粒子和磁場的區域中穿行時也會產生衝擊波，例如這項研究中的情況。

波士頓大學天體物理學家、論文共同作者艾倫·馬謝爾說：“我們從噴流中看到的光亮來自電子。我們從Markarian 501星系中觀測到的那種X射線型別只可能來自擁有極高能量的電子。”

這種戲劇性現象背後的驅動力是黑洞，即一種引力十分強大、甚至連光都無法逃脫的異常緻密的天體。位於Markarian 501星系中央的超大黑洞的質量大約是太陽的10億倍，大致相當於銀河系超大質量黑洞人馬座A*的200倍。

利奧達基斯說：“黑洞是研究極端條件下基礎物理學的獨特實驗室，而我們在地球上無法複製這種極端條件。不過，在我們能夠把它們用作實驗室之前，我們需要理解這其中的所有物理過程。在很多年的時間裡，我們觀察這些來源發出的高能光亮，並且提出了一些關於發出這種光亮的粒子是如何被注入能量的理論。IXPE的X射線偏振測量能力首次使我們能夠直接檢驗這些理論。”

另據香港《南華早報》網站11月24日報道，一個國際科學家團隊發現，強大的衝擊波或許能幫助解釋黑洞為什麼會向太空中噴射物質，從而為解開宇宙的最大謎團之一提供線索。

黑洞以能夠把物質吸入其中而聞名，但它們為什麼會噴射出明亮的粒子流一直讓科學家們感到困惑。

這個團隊提出理論認為，粒子以極高的速度從黑洞逸出，然後撞到周圍的物質並減速，從而產生沿著噴流向外擴散的衝擊波。

他們在11月23日出版的《自然》週刊志上說，這些被封鎖在一個螺旋形磁場內的粒子在到達衝擊波的前沿時被加速到接近光速，併產生足以被天文望遠鏡捕捉到的光亮。

超大質量黑洞——它們的質量是太陽的數百萬甚至數十億倍——屬於宇宙中最神秘的天體。

這篇論文的共同作者、香港大學天體物理學家吳志勇說：“幾乎所有星系的中心都潛藏著一個超大質量黑洞。我們銀河系中的超大質量黑洞目前並不活躍。”

他說，隨著隱藏的、快速旋轉的黑洞吞噬周圍的氣體和塵埃，這些物質中的一小部分由於快速旋轉以及積聚氣體的磁場而被噴射出來。

科學家們知道，這些粒子可以被加速到極高的能量——相當於粒子加速器內的粒子所能達到的能量水平的數百萬倍。吳志勇說，如果這種粒子流碰巧射向地球，它將由於自身發出的強電磁輻射而顯得異常明亮。

不過，科學家對於這種加速究竟是如何發生的毫無頭緒，儘管他們曾提出不同的理論來解釋這一過程。

2021年12月，NASA發射了IXPE，用於研究包括黑洞和中子星在內的奇異天體的X射線輻射，以及更好地瞭解它們的磁場。

研究團隊利用IXPE觀測了位於Markarian 501星系中心的一個明亮的超大質量黑洞。根據這篇論文，從該黑洞噴射出的粒子的亮度是太陽的1000億倍。

他們測量了一個被稱為“偏振度”的引數，它代表電磁波電場和磁場的振盪方向。隨後，這些科學家將他們的測量結果與此前在射電和光學波段內得到的觀測結果進行比較。

吳志勇是IXPE科學工作組成員。他說：“我們的研究發現，X射線的偏振度要高於較低頻段。這意味著在接近於產生加速的地方存在高度有序的磁場。而在較低頻段，即產生光學和射電輻射的地方，偏振度下降，表明存在較為凌亂的磁場。”

他說：“總之，這些觀測結果強烈支援某種與衝擊波有關的理論，同時使我們有理由拋棄其他理論。”

IXPE是第一臺靈敏度足以探測到此類超大質量黑洞偏振訊號的儀器。

釋出於：北京