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喷流极速摇摆,揭示黑洞周围的扭曲时空

2019-4-30 环球解密

据美国国家射电天文台报道,科学家发现了一个黑洞正在喷出一条极速摆动的喷流,摆动的周期竟然短至几分钟。天文学家认为,这可能是黑洞正在强力扭曲周围的时空造成的。

研究小组观测了编号为V404 Cygni(图)的微类星体。它位于天鹅座,离地球近8,000光年。它是一个由恒星和黑洞组成的双星系统。

“我们从未见过摆动如此剧烈的黑洞喷流。”澳大利亚科廷大学(Curtin University)的詹姆斯‧米勒-琼斯(James Miller-Jones)教授说。

研究小组观测了编号为V404 Cygni的微类星体。它位于天鹅座,离地球近8,000光年。它是一个由恒星和黑洞组成的双星系统,其中的黑洞质量大约为9个太阳质量,而恒星质量约为太阳的70%。

黑洞在其强大的引力作用下会逐步蚕食恒星。恒星上的物质在流向黑洞的过程中会在黑洞附近形成一个环状吸积盘。由于盘内的能量密度极高,吸积盘的强大能量会将一部分物质以等离子体形式喷出,形成喷流。

天文学家发现V404 Cygni的喷流速度高达光速的60%。令人惊讶的是,能量如此强大的喷流竟然还会急速地摆动。

在日常生活中,我们知道高压水枪喷出的水柱是不太容易被风吹偏的。而黑洞的喷流能量极高,肯定是有某种更为强力的物理作用才能摆动喷流。天文学家认为这可能是一种被称为参考系拖拽的广义相对论效应,由于黑洞的快速旋转拖拽了其周围的时空一起扭曲旋转。

在V404 Cygni中,黑洞的旋转轴与其伴星的公转轨道平面不垂直。在这种情况下,参考系拖拽效应会扭曲并拖动吸积盘内部。由于喷流是从吸积盘内部发出的,参考系拖拽效应就会改变喷流的发射方向,导致观测到的喷流在不停的摇摆。

“这是我们能想到的唯一可行的解释。”米勒-琼斯教授说。

虽然V404 Cygni的吸积盘宽约一千万公里,但米勒-琼斯教授指出只有内部几千公里的地方才会被扭曲。而这个部分也会受强烈的辐射影响,膨胀成类似甜甜圈的形状。

通常情况下,天文学家可以通过长时间曝光来获得较为清晰的观测图片。然而由于喷流的极速摇摆,天文学家不得不改变他们的观测策略。

“喷流变化如此之快,以至于在四小时的观测中我们只能看到了一个模糊影子。” 东亚天文台(Eastern Asian Observatory)的亚历克斯‧特塔伦科(Alex Tetarenko)博士说。

为了捕捉摆动的喷流,研究人员进行了103次独立的观测,每次观测长约70秒,然后把观测到的照片组合成动画。

“观测结果完全出乎我们意料。”加拿大阿尔伯塔大学(University of Alberta)的戈里高利‧斯瓦科夫(reg Sivakoff )教授说。“这项新发现加深了我们对黑洞和星系形成的理解。”

这项新研究发表在《自然》杂志上。

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