遙遠星系裡的黑洞發出比銀河系還大的衝擊波

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星際大戰系列電影出現虛構的"死星(Death Star)",能夠發射強而有力的輻射橫跨太空。然而,宇宙所製造的現象,經常勝過科幻小說裡的魔法。

畫架座A(Pictor A)星系是一個令人印象如此深刻的對象,這個星系距離地球約五億光年,在它的中心有一個超大質量黑洞。當物質盤旋朝向黑洞事件視界,物質掉入黑洞的不歸路(point of no return),一個龐大的重力能被釋放。這個能量產生一個巨大的粒子束或者噴射流,以接近光速的速度,行進在星系之間的太空。

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為了得到這個噴射流影像,科學家歷經15年,在不同的時段使用了錢卓拉X射線天文台(Chandra X-ray Observatory,以下簡稱錢卓拉)的望遠鏡。這個新的合成圖像,結合了錢卓拉的X射線數據(藍色)和澳洲望遠鏡緻密陣列(Australia Telescope Compact Array)的無線電波數據(紅色)。

藉由研讀在X射線和無線電波所看到的結構細節,科學家試圖對這些巨大的準值(平行)衝擊波,做更深入的了解。

畫架座A星系右邊的噴射流是最靠近我們的,它展示出持續不斷的X射線輻射,超過三十萬光年的距離(長度)。相較之下,整個銀河系的直徑大約為十萬光年。由於它相對地接近,以及錢卓拉製作X射線圖像的能力,科學家得以觀看噴射流複雜的特徵以及測試X射線輻射是如何產生的概念。

除了顯著的噴射流指向圖像的右方,研究人員還提出證據,有另一個被稱為"反向噴射流"指向相反的方向。儘管以前就提出過反向噴射流的嘗試性證據,這些新的錢卓拉數據(Chandra data)證實它的存在。相較於噴射流,反向噴射流的相對模糊很可能是因為它朝離開地球視線的方向噴射所造成。

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圖中,標示出超大質量黑洞、噴射流和反噴射流的位置,也標示出一個噴射流正在推進周遭氣體的"無線電波瓣(radio lobe)"和一個震波產生的"熱點(hotspot)"。

從錢卓拉索所觀測到的噴射流與反向噴射流的詳細特徵,它們的X射線輻射很可能是電子盤繞磁場線所造成的,一個稱為同步輻射(synchrotron emission)的過程。在這種情況下,電子必須不斷地被加速,當他們沿著噴射流噴出。目前還不是很清楚這是如何發生的。

研究人員排除掉另一個產生X射線輻射的不同過程。在那個過程下,在噴射流內以接近光速速度飛離黑洞的電子,穿越在大爆炸後宇宙熾熱初期所遺留下來的宇宙背景輻射(CMB)海。當快速移動的電子撞上宇宙背景輻射光子時,它會推升光子的能量到X射線頻段。
噴射流的X射線亮度決定於電子束的功率和背景輻射的強度。來自畫架座A星系的噴射流與反向噴射流X射線對應亮度,是無法和有CMB涉入這個過程所期盼的亮度相比。

描述這些結果的報告將在英國皇家天文協會月報刊出,並在網路上發表。

來源: NASA