发现100亿光年外,黑洞喷流磁场快速变化,产生了伽马射线

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宇宙中一些超大质量黑洞会释放出一种叫做伽马射线的巨大能量辐射。例如,在运行地球人造核反应堆的裂变反应中,当质量转化为能量时,就会发生这种类型的辐射。但在黑洞的情况下,伽马辐射比核反应堆中产生的能量高很多,是非常不同过程的产物;在黑洞那里,伽马射线是由光线与黑洞附近高能量粒子之间的碰撞产生,其机制仍然知之甚少。

由于光和物质之间的这些碰撞,高能粒子将它们几乎所有的动量都给了光线,并将它们转化为伽马辐射,最终到达地球。天文科学界怀疑,这些碰撞发生在强磁场渗透的区域,受到高度可变的过程,如湍流和磁重联(融合在一起的磁场,释放出惊人的能量)可能发生在黑洞喷出的物质射流中。但是探测这些距离地球数十上百亿光年外的磁场,需要非常灵敏的设备,并且需要找到高能发射发生的确切时刻。

发现100亿光年外,黑洞喷流磁场快速变化,产生了伽马射线-第1张图片-IT新视野

这正是这项研究的主要作者、巴伦西亚大学天文台和天文学系瓦伦西亚政府CIDEGENT研究员伊万·马蒂-维达尔领导的研究小组所取得的成果。这个研究小组使用了阿塔卡马大毫米阵列(ALMA),这是世界上最灵敏的毫米波长望远镜,在高能粒子产生大量伽马辐射的时刻,获得了关于遥远黑洞磁场的精确信息,其研究发现发表在《天文学与天体物理学》期刊上。

科学家们报告了对这个名为PKS1830-211黑洞的观测结果,该黑洞距离地球超过100亿光年,这些观测表明,黑洞喷流中能量最高粒子所在区域的磁场,在几分钟的时间间隔内明显地改变了结构。这意味着磁过程起源于非常小的湍流区域,就像黑洞中伽马射线产生的主要模型所预测的那样,它将湍流与伽马辐射联系起来。另一方面,探测到的变化发生在非常强大的伽马射线事件期间。

这使天文学家能够将它们与高能发射紧密地联系起来。所有这些都让研究人员更接近于了解宇宙中最高能量辐射的起源。为了分析这些数据,研究团队使用了一种先进的分析技术,能从干涉观测中获得快速变化的源的信息,比如用阿塔卡马大毫米阵列获得的信息。干涉测量学赋予科学家以无与伦比的细节水平,来观察宇宙的能力;事实上,这也是事件视界望远镜(EHT)所基于的技术。

发现100亿光年外,黑洞喷流磁场快速变化,产生了伽马射线-第2张图片-IT新视野

从而拍摄到了第一张黑洞图像,干涉测量学给了我们以无与伦比的细节观察宇宙的能力。事实上,CIDEGENT项目的一部分致力于开发算法,就像在阿塔卡马大毫米阵列观测中使用的算法一样,但也适用于更复杂的数据,比如来自事件视界望远镜的数据,这将使我们在不久的将,来能够重建黑洞的‘影像’,而不仅仅是图像。Alejandro Mus,CIDEGENT紫外天文学系博士前研究员,也是这研究的合著者。

在事件视界望远镜项目中,有来自几个机构的许多专家争分夺秒地工作,以解决辐射源的快速可变性问题。目前开发的算法适用于阿塔卡马大毫米阵列数据,已经使研究人员和天文学家们能够获得与PKS1830-211相关的磁场,如何在几十分钟尺度上变化的关键信息。同时研究人员希望能够很快用正在研究的更复杂算法为事件视界望远镜做出贡献。

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