超大质量黑洞如何加速喷流粒子至接近光速

moonstar

宇宙有种极亮天体称为耀变体，特征是超大质量黑洞喷出的强大高速粒子流直指地球，几十年来，科学家们一直在想这些粒子如何被加速至超高能量。现在一项新研究解开谜团，有关粒子加速的最佳解释来自喷流冲击波。

耀变体（blazar）是活跃星系一种，也被称为活跃星系核（AGN），真面目是星系中央的超大质量黑洞，能产生2个垂直于吸积盘、方向相反的强大喷流，且其中一股方向直指地球。位于4.56亿光年外名为Markarian 501的超大质量黑洞便有股喷流就恰好指向地球，它以接近光速的速度向太空喷射带电粒子，后者又于过程发射出称为同步辐射的强大X射线，是良好观察对象。

天文学家40年来想知道的是什么机制导致粒子被加速到接近光速，并从超大质量黑洞喷流飞驰而去。



NASA于去年发射的成像X射线偏振测量仪（Imaging X-Ray Polarimetry Explorer，IXPE）可以披露耀变体磁场环境，反过来提供有关加速喷流粒子的线索，在观测Markarian 501黑洞后研究人员终于取得证据表明，“冲击波”是将粒子加速到惊人速度的最可能机制。

有2种常见方式可以在喷流中产生冲击波，第一种与环境原因有关：外部介质压力和密度变化导致冲击波产生；第二种是电浆移动速度不同，当慢速区域与快速区域碰撞时就会产生冲击波。

若冲击波理论正确，则科学家预测在X射线波长下偏振角会旋转，后续IXPE观测有机会检测到这种旋转，进一步支持结论。

新论文发布在《自然》（Nature）期刊。