來自小星系的黑洞可能會發射伽馬射線

【博科園-科學科普（關注「博科園」看更多）】一般的經驗法則是，如果有一個令人費解的現象發生在外層空間的某個地方，那麼黑洞就是它背後的罪魁禍首。這是根據博士後研究員Vaidehi Paliya物理學和天文學的部門,其2018年1月發表在《天體物理學雜誌通訊》上，細節的發現七個星系可能動搖什麼天體物理學家認為他們知道如何大小的星系和黑洞的中心——會影響其行為。人們普遍認為，只有巨大的星系才會有足夠的能量來燃燒，這是一種巨大的輻射，足以延伸數千光年。但帕利亞的最新研究可能表明，如果條件合適，較小的星系也能做到這一點。

在中心的黑洞里，有一伽馬射線從黑洞里噴射出來。圖片版權：Wikimedia Commons

星系有三種主要類型：橢圓形的橢圓型、圓盤狀的螺旋形和不規則形，它們與以前的任何一種都不太吻合。橢圓星系是宇宙中最古老、最龐大的星系。人們提出當兩個較小的星系碰撞時，橢圓星系形成，合併成一個大的橢圓。通常情況下，橢圓星系被發現有一個黑洞，它的質量是太陽質量的10億倍。通過它們固有的、不可避免的引力，星系中心的黑洞會通過吸收和「吃掉」周圍物質的過程而變得更大。這就像你把水倒進廚房的水槽，你看到它形成一個螺旋，然後它就會進入下水道。類似的，物質在黑洞周圍形成吸積盤，然後黑洞就會迅速成長，變成一個怪物。

但是，當黑洞周圍的吸積盤開始釋放能量——在無線電、紅外線或x射線波段——星系被認為是「活躍的」，打開另一個星系分類器的門。物理學和天文學教授、Paliya的顧問Marco Ajello說：Blazars是一種活躍的星系，這些星系主機一個超大質量的黑洞,這個黑洞——以某種方式——能夠粒子加速到接近光速的速度和保持他們在窄光束平行,稱為飛機,這變得非常明亮的光源時指向我們。

這些噴射流是外太空中最極端的伽馬射線源。這些紋章有像噴泉一樣的噴射器。如果想要一個巨大的噴泉，需要一個非常強大的發動機在基地。他們需要在他們的中心有非常巨大的黑洞才能發射噴流。一般來說，我們不希望這些強大的噴流來自於像我們的銀河系那樣小的來源。銀河系是一個螺旋狀的星系，由氣體和塵埃組成，包含著明亮的老恆星中心。通常情況下，螺旋星系的質量要比橢圓星系低很多，也不那麼活躍。

當美國國家航空航天局(NASA)於2008年發射的費米伽馬射線太空望遠鏡在其軌道的第一年探測到來自四個螺旋星系的伽馬射線發射時，物理學家們感到困惑。這項研究的作者之一、物理學和天文學教授迪特爾·哈特曼(Dieter Hartmann)說：這是出乎意料的——我們只看到了來自於火焰的伽瑪射線發射。當這四種來源被發現時，人們推測他們可能是開拓者。但由於消息來源太少，沒人能確定。那麼問題就變成：這些真的是一種新型的資源，還是僅僅是標準的例外？

這個問題懸而未決，直到帕利亞在印度的合作者在2017年發布了一個活躍的螺旋星系目錄。這些星系被稱為賽佛特星系，是另一種活躍的星系，它們的中心有相對較低的質量黑洞。然而賽弗特星系並不是像火焰一樣發出強烈的伽馬射線輻射，而是因為它們強烈的紫外線輻射而聞名。該目錄為天體物理學家解決費米望遠鏡2008年發現的問題提供了第一個機會。螺旋星系是否有可能發射出噴射的伽馬射線？帕利亞說：我拿了這個11,101個Seyfert星系的目錄，我在伽瑪射線波段研究了它們，使用了費米衛星上的大區域望遠鏡的數據，從那以後我發現了4個新的伽馬射線源，還有3個是以前被稱為火焰的，但我們相信它們實際上是賽佛特星系。

這一突破表明，即使是更小的來源也能發射強大的伽馬射線噴流——這是天體物理學領域的一個潛在的範式轉變。如果這噴流類似於火焰，但它的黑洞很小，可以把它想像成一輛汽車。比方說一輛小型汽車的速度與另一輛大得多的汽車的速度相同。然後小型汽車的引擎需要更有效率。因此在更小的螺旋星系中，黑洞的工作效率可能要比在大的物體上更有效。為了了解這七個伽馬射線源的主星系的橢圓/螺旋性質，Ajello和Paliya打算獲得最高解析度的深度圖像——由於大氣的模糊效應，對地面光學望遠鏡的挑戰。

望遠鏡的光收集能力與它的直徑的平方成正比。這意味著用更大的望遠鏡，我們可以收集更多的光子。更多的光子意味著更多的信息。大金絲雀望遠鏡」(Great Canary Telescope)是一種直徑10.4米的反射望遠鏡，於2007年開始收集觀測數據。目前擁有「世界上最大的單孔徑光學望遠鏡」之稱的Gran望遠鏡的Canarias預計將在未來十年被超過30米望遠鏡(TMT)的揭幕。完成後，TMT將有一個30米的主鏡，將允許研究人員以前所未有的清晰度看到外層空間——至少比哈勃太空望遠鏡好10倍。Ajello和Paliya打算使用哈勃太空望遠鏡，以及可能即將到來的像TMT這樣的設施，來超越他們所發現的七個來源的明亮中心，以確定星系是橢圓形的還是螺旋形的。

如果它是橢圓的，那麼我們就是在看一個普通的火焰。它可能是一個較小的橢圓和一個較小的黑洞。但如果這是一個螺旋，那麼在一些新發現的條件下，噴氣機就會在任何一個黑洞里發生。哈特曼補充說：更好地理解超大質量黑洞的環境是非常重要的，這些黑洞能夠在極端天體物理條件下發射粒子加速。帕利亞還打算研究在伽瑪射線中觀察到的差異是否會轉化為電磁波的光譜。這都是關於光學的，在無線電頻率方面，布拉斯特的表現如何？那麼這些Seyferts如何比較呢？這一發現表明發生了一些不同的事情。研究人員說，這些發現對幫助我們理解宇宙的演化很重要。這些發現可能是關於星系和黑洞如何在歷史上共同成長的謎團中的一部分。

知識：科學無國界，博科園-科學科普

參考：天體物理期刊

內容：經「博科園」判定符合今主流科學

來自：克萊姆森大學

編譯：中子星

審校：博科園

解答：本文知識疑問可於評論區留言

傳播：博科園

喜歡這篇文章嗎？立刻分享出去讓更多人知道吧！