天文|天文学家拍摄到一个以接近光速喷出喷流的黑洞
钱德拉x射线天文台已经发现一个遥远的黑洞正在以接近光速的速度喷射物质 。 不用担心 ， 这个怪物离我们大约1万光年远 。 与其说这是一种危险 ， 不如说是一种奇观 。
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但这是一个充满科学洞察力的奇观 。
我知道你可能在想什么 。 “我以为没有什么能逃脱黑洞?”你说得对 ， 没有什么可以 。 但这些物质实际上并不是从黑洞中出来的 。 它来自于环绕黑洞旋转的物质 ， 并在这种运动中被加热 。 这些物质喷流被称为天体物理喷流 ， 或相对论喷流 。 它们是由被称为吸积盘的物质旋转圆盘释放的 。
【天文|天文学家拍摄到一个以接近光速喷出喷流的黑洞】
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这些气盘可以围绕在脉冲星和中子星周围 ， 也可以围绕在黑洞周围 。
这个特殊的黑洞被命名为MAXI J1820+070 。 它是一个恒星质量的黑洞 ， 大约是太阳质量的8倍 。 它有一个朋友 ， 一个伴星 。 但是这个伴星不是另一个黑洞 ， 它是一颗恒星 。
“伴星”的质量大约是太阳的一半 。 所以两者的关系很清楚: 质量更大的黑洞主宰着它的恒星伴星 。 它将恒星周围的物质剥离到吸积盘上 。
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吸积盘中的物质命途多舛 。 其中大部分物质会被吸入黑洞 。 据我们所知 ， 一旦它超越了视界 ， 我们就要永远的和它说再见了 。 但并不是所有的物质都消失在黑洞中 。 盘中的物质可以围绕黑洞旋转很长一段时间 。
这就是喷气机的来源 。 盘中的一些物质通过喷流离开 ， 而喷流被迫沿着磁场线到达黑洞 。 结果 ， 产生了两个相对的相对论喷流:一个北 ， 一个南 。
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钱德拉能够将这些喷射流拍成电影 ， 基于四次的观察;分别于2018年11月和2019年2月、5月、6月举行 。
这些观测结果发表在一篇发表在《天体物理学杂志通讯》上题目为“来自黑洞x射线双星MAXI J1820+070的相对论x射线喷流”的论文中 。 第一作者是巴黎大学的玛蒂尔德·埃斯皮纳斯(Mathilde Espinasse) 。
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在这些喷射流中有一种不寻常的现象 。 当天文学家测量它们的速度时 ， 北喷流正以光速的60%远离我们 。
但是正在向我们移动的南喷流的速度是光速的160% 。 我们都知道这是不可能的 。 (我们都知道 ， 对吧?)这里起作用的是所谓的“超光速运动”
在超光速运动中 ， 喷向观测者的物质似乎超过了光速的限制 。 但是事实并非如此 。
实际上所发生的情况是 ， 物质喷流本身正在以接近光速的速度运动 。 而来自物质的光以光速传播 。 它别无选择 。 结合起来 ， 就产生了光本身打破光速障碍的错觉 。
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事实上 ， 这两股物质喷流的速度是一样的:刚好超过光速的80% 。 而来自两束喷流的光都以光速行进 。
MAXI J1820+070系统以前也被观测过 。 只有另外两个已知的恒星质量黑洞喷发出如此快速的喷流的例子 。 所以MAXI对天文学家来说很重要 。
2019年的一篇论文展示了一些来自MAXI J1820+070的电磁波谱爆发的观测结果 。 当时 ， 黑洞曾出现过一些非常明亮的爆发 ， 特别是在无线电发射中 。
那篇论文研究了吸积过程 ， 并表明内部吸积盘在亮度爆发期间保持稳定 。 这些研究人员还表示 ， 他们的论文只涵盖了有关爆发的一小部分可用数据 。
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这篇论文至少在一定程度上是2019年那篇论文的后续 。 但早期的论文在无线电发射中发现了喷流 ， 而这篇论文关注的是x射线发射 。 它不仅使用了钱德拉的观测 ， 也使用了VLA和MeerKAT的观测 。 这些观测结果也使之前的研究中观测到的喷射时间增加了一倍 。
这篇论文背后的团队表示 ， 在2018年的这两次爆炸中 ， 有超过4亿亿磅的物质被送入太空 。 这个数字与黑洞在数小时内从吸积盘上收集到的物质数量大致相当 。
喷流本身既是物质也是能量 。 当粒子与黑洞周围的其他物质相互作用时 ， 喷流中的大部分能量就会释放出来 。 喷射流本身与这些物质相撞 ， 也会产生冲击波 。
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