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旋转黑洞将相同光速的等离子云喷射到太空中

日期:2019-11-08编辑作者:澳门太阳娱乐

天文学家发现,一个距离地球近8000光年黑洞喷射出快速摆动的喷流。2019年4月29日发表在《自然》期刊上的研究表明,天鹅座V404黑洞喷射流在如此短的时间尺度内表现出前所未有的行为,将接近光速的等离子云喷射到太空中!这些喷流似乎在高速旋转的等离子体云中以不同方向从黑洞中喷射出来。来自国际射电天文学研究中心科廷大学的詹姆斯·米勒-琼斯副教授说:黑洞是宇宙中最极端的物体之一, 这是我见过最不寻常的黑洞系统之一。

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就像许多黑洞一样,它以附近的恒星为食,将气体从恒星中抽离,形成一个物质盘,环绕着黑洞,在重力作用下向黑洞螺旋运动。天鹅座V404黑洞的不同之处在于,我们认为物质盘和黑洞没有对齐。这似乎导致了盘的内部像一个旋转的顶部一样摇摆,当它改变方向时,会向不同的方向喷射出等离子。天鹅座V404在1989年首次被确认为一个黑洞,当时它释放了大量的喷流和辐射。天文学家在观察档案摄影底片时发现,在1938年和1956年的观测中,曾出现过爆发现象。

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对V404天鹅座不断变化射流方向的构造艺术印象图,每个部分显示了不同时间的喷流,朝向不同的方向,就像我们在高角分辨率无线电成像中看到的那样。图片:ICRAR

当V404天鹅座在2015年经历了另一次非常明亮的爆发,持续了两周,世界各地的望远镜都在关注发生了什么,各地天文台都用他们能用的任何望远镜来捕捉这次爆发,所以有这个惊人的观测范围。当米勒-琼斯副教授和团队研究黑洞时,他们看到它的喷射流以一种前所未有的方式运动。通常认为喷流是从黑洞的两极直接射出,这些喷流在不同的时间向不同方向射出,很快就改变了方向——不超过两个小时。

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这是近距离看到天鹅座V404黑洞的概念图,双星系统由轨道上的一颗普通恒星和一个黑洞组成。恒星物质落向黑洞,并在吸积盘中向内螺旋运动,强大喷流从靠近黑洞的内部区域喷射出来。图片:ICRAR

喷射流运动的变化是由于吸积盘的作用,吸积盘是围绕黑洞旋转的物质盘。天鹅座V404黑洞的吸积盘有1000万公里宽,内部的几千公里在明亮的爆发过程中膨胀和摇晃,吸积盘的内部正在进动,有效地推动着喷射流。可以把它想象成陀螺在减速时的摆动——只是在这种情况下,摆动是由爱因斯坦的广义相对论引起。这项研究使用了超长基线阵列(Very Long Baseline Array)的观测数据。超长基线阵列是一个大陆大小的射电望远镜,由横跨美国的10个碟形天线组成,从加勒比海的维尔京群岛(Virgin Islands)到夏威夷。

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这是对天鹅座V404黑洞喷射的印象图,通过射电望远镜,我们看到了从最内部区域喷射出来的单个明亮等离子云,它们被膨胀的内部吸积盘重新定向。图片:ICRAR

合着者亚历克斯·特塔伦科(Alex tetarenko)是阿尔伯塔大学(University of Alberta)的一名博士研究生,目前在夏威夷工作,是东亚天文台的一名研究员。通常,射电望远镜在几个小时的观测后只能产生一张图像,但是这些喷气机变化如此之快,在一张四小时的图像中我们只能看到模糊的部分。这就像试图以一秒的快门速度拍摄瀑布。相反,研究人员制作了103张独立的图像,每张约70秒长,并将它们组合成一部电影。

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旋转黑洞周围扭曲时空的印象图,黑洞密度如此之大,以至于它在时空结构中产生了一个“断裂”,在这里可以看到中心无限深的井。当黑洞旋转时,它会将时空拖拽,从而产生如图所示的时空网格的扭曲。这导致内部膨胀的吸积盘进动。图片:ICRAR

只有这样,才能在很短的时间内看到这些变化,该研究的共同作者、ICRAR的科廷大学节点的杰玛·安德森博士说:宇宙中其他极端事件也可能发生内部吸积盘的摆动。在任何时候,当黑洞的自旋与落入其中的物质之间出现偏差时,当黑洞开始以非常快的速度进食时,就会出现这种情况。这可能包括宇宙中一系列其他明亮的、爆炸性的事件,比如超大质量的黑洞进食速度非常快,或者当一个黑洞撕碎一颗恒星时,会发生潮汐干扰事件。

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博科园-科学科普|研究/来自: 国际射电天文研究中心

参考期刊文献:《自然》

DOI: 10.1038/s41586-019-1152-0

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