天文學家從早期宇宙的一個超大質量黑洞中窺見到破紀錄的粒子射流

據外媒報道,天文學家利用美國宇航局(NASA)的錢德拉X射線天文台發現了早期宇宙中一個超大質量黑洞的超長粒子射流的證據。如果得到證實,這將是在X射線中檢測到的最遙遠的帶有噴流的超大質量黑洞,它來自一個距離地球約127億光年的星系。它可能有助於解釋最大的黑洞是如何在宇宙歷史的早期形成的。

天文學家從早期宇宙的一個超大質量黑洞中窺見到破紀錄的粒子射流

噴流的來源是一個類星體–一個快速成長的超大質量黑洞–名為PSO J352.4034-15.3373(簡稱PJ352-15),它位於一個年輕星系的中心。它是宇宙大爆炸後前十億年內用無線電波探測到的最強大的兩顆類星體之一,其質量約為太陽的10億倍。

在這個宇宙的早期,超大質量黑洞為什麼能夠如此迅速地成長,達到如此巨大的質量?這是當今天文學的關鍵問題之一。

盡管黑洞有着強大的引力和可怕的名聲,但黑洞並不會不可避免地吞噬一切接近它的物質。盤繞黑洞運行的物質需要失去速度和能量,然後才能向內落得更遠,越過所謂的「視界」。磁場在為噴流提供動力的同時,會對圓盤造成制動效應,這是圓盤中的物質失去能量的一個關鍵途徑,從而提高黑洞的生長速度。

“如果游樂場的旋轉木馬移動速度過快,孩子就很難向中心移動,所以需要有人或某物減慢騎行速度,”領導這項研究的美國宇航局噴氣推進實驗室(JPL)科學家Thomas Connor說。「在超大質量黑洞周圍,我們認為射流可以帶走足夠的能量,這樣物質就可以向內墜落,黑洞就可以成長。」

天文學家需要利用錢德拉的銳利視力對PJ352-15進行總共三天的觀測,以探測X射線噴流的證據。X射線發射在距離類星體約16萬光年的地方被探測到,其方向與射電波中看到的更短的射流相同。相比之下,整個銀河系的跨度約為10萬光年。

PJ352-15打破了幾個不同的天文記錄。首先,此前從大爆炸後的第一億年中觀測到的最長的射流只有大約5000光年的長度,這與PJ352-15的射電觀測結果相對應。其次,PJ352-15比之前記錄到的最遙遠的X射線射流遠了約3億光年。

「這個射流的長度意義重大,因為它意味着為其提供動力的超大質量黑洞已經增長了相當長的時間,」德國馬克斯-普朗克天文研究所(MPIA)的合著者Eduardo Bañados說。「這一結果強調了對遙遠類星體的X射線研究如何為研究最遙遠的超大質量黑洞的成長提供了一個關鍵的方法。」

從這個射流中探測到的光是在宇宙只有0.98億年時發出的,不到現在年齡的十分之一。此時,宇宙大爆炸遺留下來的宇宙微波背景輻射(CMB)的強度比現在大得多。

當射流中的電子以接近光速的速度飛離黑洞時,它們穿過黑洞並與構成CMB輻射的光子發生碰撞,將光子的能量提升到X射線范圍,從而被錢德拉探測到。在這種情況下,與無線電波相比,X射線的亮度被顯著提升。這與大型X射線射流特徵沒有相關射電發射的觀測結果一致。

「我們的結果表明,X射線觀測可以成為研究早期宇宙中帶有射流的類星體的最佳方法之一,」來自JPL的研究作者Daniel Stern說。「或者換一種說法,未來的X射線觀測可能是解開我們宇宙過去秘密的鑰匙。」

來源:cnBeta