钱德拉X射线天文台的数据揭开了对黑洞发射的宇宙喷流行为的全新认识

密歇根大学的研究人员利用二十年来美国国家航空航天局（NASA）钱德拉 X 射线天文台（Chandra X-Ray Observatory）的数据，揭开了对黑洞发射的宇宙喷流行为的全新认识。他们的研究揭示了这些喷流在X射线与无线电波中出现的显著差异，在X射线观测中凸显了比光速更快的运动和独特的结阵，这可能会彻底改变我们对银河现象的理解。

钱德拉 X 射线天文台（Chandra X-ray Observatory）揭示了半人马座 A 的喷流，喷流一直延伸到图像的左上角。 研究人员通过聚焦喷流中的亮点（或称"结"）的运动，对喷流有了新的认识。 图片来源：D. Bogensberger 等人根据 CC-BY 4.0 许可使用。 Astrophys. J. (2024) DOI: 10.3847/1538-4357/ad73a1

密歇根大学领导的一个研究小组分析了美国国家航空航天局钱德拉 X 射线天文台二十多年来的数据，揭示了黑洞研究的新的复杂性。

这项研究的重点是位于半人马座A星系中心的超大质量黑洞发射的高能粒子喷流。 自从钱德拉望远镜于 1999 年发射以来，天文学家们就对这些喷流发出的出乎意料的明亮 X 射线信号特别感兴趣。

起初，X 射线观测似乎捕捉到了与射电波长类似的特征，但这并不能揭示更深层次的区别。 喷流是一种巨大的结构，有些比星系还大，它们仍然是一个科学之谜。 当喷流在不同波长下出现相似的现象时，就限制了科学家揭示这些天体物理现象隐藏的复杂性的能力。

领衔作者、麻省理工大学博士后大卫-博根斯伯格（David Bogensberger）说："了解喷流中发生了什么的关键，可能是了解不同波段如何追踪环境的不同部分。现在我们有了这种可能性。"

这项新研究是一项规模不大但却在不断扩大的研究的最新成果，这项研究深入挖掘数据，以发现无线电波和 X 射线观测之间微妙而有意义的差异。

"X射线中的射流与无线电波中的射流不同，"博根斯伯格说。"X射线数据描绘了一幅独特的画面，这是你在任何其他波长下都无法看到的。"

博根斯伯格和一个国际同事小组在《天体物理学杂志》上发表了他们的研究成果。

分析太空中的绳结运动

在研究中，研究小组查看了钱德拉望远镜从 2000 年到 2022 年对半人马座 A 的观测数据。 或者更准确地说，博根斯伯格为此开发了一种计算机算法。 该算法跟踪喷流中明亮的块状特征，这些特征被称为"结"。 通过跟踪观测期间移动的结点，研究小组可以测量它们的速度。

其中一个绳结的速度尤其引人注目。 事实上，它的移动速度似乎超过了光速，因为它是如何相对于钱德拉在地球附近的有利位置移动的。 星结和钱德拉之间的距离缩小的速度几乎和光速一样快。

研究小组确定，绳结的实际速度至少是光速的 94%。 此前，曾用无线电观测测量过一个位于类似位置的绳结的速度。 结果表明，该绳结的速度明显较慢，约为光速的 80%。

对未来研究的影响

博根斯伯格说："这意味着无线电和 X 射线喷流节的运动方式是不同的。但这并不是数据中唯一的亮点。"

例如，无线电观测到的结表明，最靠近黑洞的结构移动得最快。 然而，在新的研究中，博根斯伯格和他的同事发现，最快的星结位于一种中间区域--不是离黑洞最远的地方，但也不是离黑洞最近的地方。

"关于喷流如何在X射线波段工作，我们还有很多不了解的地方。 这凸显了进一步研究的必要性，"博根斯伯格说。"我们展示了一种研究喷流的新方法，我认为还有很多有趣的工作要做"。

博根斯伯格将利用研究小组的方法对其他喷流进行研究。 半人马座 A 的喷流很特别，因为它是我们所知的距离最近的喷流，大约在 1200 万光年之外。这种相对近的距离使它成为测试和验证研究小组方法的首选。 在距离较远的喷流中，要分辨出像"结"这样的特征变得更具挑战性。

博根斯伯格说："但在其他星系中也可以进行这种分析。这就是我下一步计划要做的事情。"