大多数星系是围绕巨大黑洞形成的。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，但有些黑洞却很凶悍——它们会吞噬周围物质并向太空深处喷射出巨大且极其明亮的高能粒子流。

据路透社11月23日报道，利用最近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，研究人员近日提出了关于这些喷流如何变得极其明亮的解释：以超音速远离黑洞的冲击波给被称为电子的亚原子粒子注入能量。

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Markarian 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，它们由超大质量黑洞提供能量。这些黑洞吞噬处在星系中心的气体和其他物质并沿相反方向朝太空中喷射两股粒子流。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射向我们的。

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》周刊上的研究论文的第一作者。他说：“耀变体是可观测宇宙中光亮最持久的天体。它们最有活力。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。”

科学家长期以来一直试图了解这些从耀变体中发出的喷流如此明亮的原因，以及喷流中粒子的行为。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，去年12月发射的IXPE对宇宙来源发出的X射线的亮度和偏振度进行测量。不同的现象——例如冲击波或湍流——会呈现各自的偏振“特征”。

研究人员发现的证据表明，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。当某种东西以高于声音的速度穿行在空气之类的介质中时就会产生冲击波，例如超音速喷气式飞机在地球大气层中飞行。在某个存在粒子和磁场的区域中穿行时也会产生冲击波，例如这项研究中的情况。

波士顿大学天体物理学家、论文共同作者艾伦·马谢尔说：“我们从喷流中看到的光亮来自电子。我们从Markarian 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，即一种引力十分强大、甚至连光都无法逃脱的异常致密的天体。位于Markarian 501星系中央的超大黑洞的质量大约是太阳的10亿倍，大致相当于银河系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基础物理学的独特实验室，而我们在地球上无法复制这种极端条件。不过，在我们能够把它们用作实验室之前，我们需要理解这其中的所有物理过程。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注入能量的理论。IXPE的X射线偏振测量能力首次使我们能够直接检验这些理论。”

另据香港《南华早报》网站11月24日报道，一个国际科学家团队发现，强大的冲击波或许能帮助解释黑洞为什么会向太空中喷射物质，从而为解开宇宙的最大谜团之一提供线索。

黑洞以能够把物质吸入其中而闻名，但它们为什么会喷射出明亮的粒子流一直让科学家们感到困惑。

这个团队提出理论认为，粒子以极高的速度从黑洞逸出，然后撞到周围的物质并减速，从而产生沿着喷流向外扩散的冲击波。

他们在11月23日出版的《自然》周刊志上说，这些被封锁在一个螺旋形磁场内的粒子在到达冲击波的前沿时被加速到接近光速，并产生足以被天文望远镜捕捉到的光亮。

超大质量黑洞——它们的质量是太阳的数百万甚至数十亿倍——属于宇宙中最神秘的天体。

这篇论文的共同作者、香港大学天体物理学家吴志勇说：“几乎所有星系的中心都潜藏着一个超大质量黑洞。我们银河系中的超大质量黑洞目前并不活跃。”

他说，随着隐藏的、快速旋转的黑洞吞噬周围的气体和尘埃，这些物质中的一小部分由于快速旋转以及积聚气体的磁场而被喷射出来。

科学家们知道，这些粒子可以被加速到极高的能量——相当于粒子加速器内的粒子所能达到的能量水平的数百万倍。吴志勇说，如果这种粒子流碰巧射向地球，它将由于自身发出的强电磁辐射而显得异常明亮。

不过，科学家对于这种加速究竟是如何发生的毫无头绪，尽管他们曾提出不同的理论来解释这一过程。

2021年12月，NASA发射了IXPE，用于研究包括黑洞和中子星在内的奇异天体的X射线辐射，以及更好地了解它们的磁场。

研究团队利用IXPE观测了位于Markarian 501星系中心的一个明亮的超大质量黑洞。根据这篇论文，从该黑洞喷射出的粒子的亮度是太阳的1000亿倍。

他们测量了一个被称为“偏振度”的参数，它代表电磁波电场和磁场的振荡方向。随后，这些科学家将他们的测量结果与此前在射电和光学波段内得到的观测结果进行比较。

吴志勇是IXPE科学工作组成员。他说：“我们的研究发现，X射线的偏振度要高于较低频段。这意味着在接近于产生加速的地方存在高度有序的磁场。而在较低频段，即产生光学和射电辐射的地方，偏振度下降，表明存在较为凌乱的磁场。”

他说：“总之，这些观测结果强烈支持某种与冲击波有关的理论，同时使我们有理由抛弃其他理论。”

IXPE是第一台灵敏度足以探测到此类超大质量黑洞偏振信号的仪器。

来源：参考消息网