新太空观测站帮人类揭开黑洞谜团

　　大多数星系是围绕巨大的黑洞形成的。虽然其中的许多黑洞相对温顺——就像位于我们银河系中心的那个黑洞，但有些黑洞很凶悍——它们会吞噬周围物质并向太空深处喷射出巨大而极其明亮的高能粒子喷流。
　　据路透社近日报道，利用不久前部署到太空中的轨道观测站＂X射线成像偏振探测器＂（IXPE）所采集到的数据，研究人员去年底提出了关于这些喷流如何变得极其明亮的解释：被称为电子的亚原子粒子从以超音速远离黑洞的冲击波中获得了能量。
　　研究人员对位于武仙座方向、距离地球大约4.6亿光年的巨大椭圆形星系＂马卡良501＂中央的一个名为耀变体的奇异天体进行了研究。耀变体是一种被称为类星体的天体，它们由吞噬处在星系中心的气体和其他物质并沿相反方向向太空中喷射两股粒子流的超大质量黑洞提供能量。耀变体的方位使得——从我们的视角观察——两股粒子喷流中的一股是直接面向我们而来的。
　　欧洲南方天文台（ESO）芬兰天文学中心的天文学家扬尼斯·利奥达基斯是这篇发表在《自然》杂志上的研究论文的主要作者。他说：＂耀变体是可观测宇宙中存在的最持久的明亮天体。它们是最有活力的。它们拥有最庞大、最可怕的黑洞。在它们周围发生的一切都令人着迷。＂
　　科学家们长期以来一直试图了解，这些从耀变体发出的喷流如何变得极其明亮以及它们当中的粒子的行为。这种耀变体发出的喷流延伸至大约100万光年以外的地方。
　　作为美国国家航空航天局（NASA）和意大利航天局的一个协作项目，前年12月发射的IXPE探测器对宇宙来源发出的X射线的亮度和极化度进行测量。不同的现象——例如冲击波或湍流——会呈现各自的极化＂特征＂。
　　研究人员发现了喷流中的粒子在碰撞到喷流内部向外传导的冲击波时会获得能量，并在加速的过程中发出X射线的证据。当某种东西以高于声音的速度穿行在空气之类的介质中——就像超音速喷气式飞机在地球大气层中飞行——或在某个存在粒子和磁场的区域中穿行（即本项研究中的情况）时，会产生冲击波。
　　波士顿大学天体物理学家、论文联合作者艾伦·马尔舍说：＂我们从飞机上看到的光亮来自电子。我们从马卡良501星系中观测到的那种X射线类型只可能来自拥有极高能量的电子。＂
　　这种戏剧性现象背后的驱动力是黑洞，即一种具有十分强大的引力、以至于甚至连光都无法逃脱的异常致密天体。位于马尔良501星系中央的超大质量黑洞的质量大约是太阳的10亿倍，大致相当于银河系的超大质量黑洞人马座A*的200倍。
　　利奥达基斯说：＂黑洞是研究极端条件下的基础物理学的独特实验室，我们在地球上无法复制出来。不过，在我们能够把它们用作实验室之外，我们需要理解发生的所有物理过程。在很多年的时间里，我们观察这些来源发出的高能光亮，并且提出了一些关于发出这种光亮的粒子是如何被激发的理论。IXPE探测器的X射线偏振测量能力首次使我们能够直接检验我们的理论。＂（编译/曹卫国）