天文新發現—搖擺噴流揭示黑洞周圍的扭曲時空

蕭路

【正見新聞網2019年05月03日】

據美國國家射電天文台(NRAO)2019年4月29日報導,科學家發現了一個黑洞正在噴出一條極速擺動的噴流,擺動的周期竟然短至幾分鐘。天文學家認為這可能是黑洞正在強力的扭曲周圍的時空造成的。

「我們從未見過擺動如此劇烈的黑洞噴流。」澳大利亞科廷大學(Curtin University)的James Miller-Jones教授說。

研究小組觀測了編號為V404 Cygni的微類星體。它位於天鵝座,離地球近8,000光年。它是一個由恆星和黑洞組成的雙星系統,其中的黑洞質量大約為9個太陽質量,而恆星質量約為太陽的70%。

黑洞在其強大的引力作用下會逐步蠶食恆星。恆星上的物質在流向黑洞的過程中會在黑洞附近形成一個環狀吸積盤。由於盤內的能量密度極高,吸積盤的強大能量會將一部分物質以等離子體形式噴出,形成噴流。

天文學家發現V404 Cygni的噴流速度高達光速的60%。令人驚訝的是,能量如此強大的噴流竟然還會急速的擺動。

在日常生活中,我們知道高壓水槍噴出的水柱是不太容易被風吹偏的。而黑洞的噴流能量極高,肯定是有某種更為強力的物理作用才能擺動噴流。天文學家認為這可能是一種被稱為參考系拖拽的廣義相對論效應,由於黑洞的快速旋轉拖拽了其周圍的時空一起扭曲旋轉。

在V404 Cygni中,黑洞的旋轉軸與其伴星的公轉軌道平面不垂直。在這種情況下,參考系拖拽效應會扭曲並拖動吸積盤內部。由於噴流是從吸積盤內部發出的,參考系拖拽效應就會改變噴流的發射方向,導致觀測到的噴流在不停的搖擺。

「這是我們能想到的唯一可行的解釋。」 Miller-Jones教授說。

雖然V404 Cygni的吸積盤寬約一千萬公裡,但Miller-Jones教授指出只有內部幾千公裡的地方才會被扭曲。而這個部分也會受強烈的輻射影響,膨脹成類似甜甜圈的形狀。

通常情況下,天文學家可以通過長時間曝光來獲得較為清晰的觀測圖片。然而由於噴流的極速搖擺,天文學家不得不改變他們的觀測策略。

「噴流變化如此之快,以至於在四小時的觀測中我們只能看到了一個模糊影子。」 東亞天文台(Eastern Asian Observatory)的Alex Tetarenko博士說。

為了捕捉擺動的噴流,研究人員進行了103次獨立的觀測,每次觀測長約70秒,然後把觀測到的照片組合成動畫。

「觀測結果完全出乎我們意料。」加拿大阿爾伯塔大學(University of Alberta)的Greg Sivakoff 教授說。 「這項新發現加深了我們對黑洞和星系形成的理解。」

這項新研究發表在2019年4月29日《自然》雜誌上。

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