磁場幫助黑洞進入星系深處 比想象中更強大

黑洞對其周圍星系的潛在影響比我們想象的還要大,平流層紅外天文台(SOFIA)提供了一種觀察其影響的新方法。一個星系的中心區域,活躍的星系核(AGN)容納了它的超大質量黑洞--根據它們產生的噴流的強度來分類,以接近光速將物質射走

藝術家對天鵝座A的構想,它被塵埃和碎片的環形體所包圍,並從其中心發射出噴氣。圖中的磁場將塵埃困在星系核心的超大質量黑洞附近。這項最初的研究促使人們對無線電響度和偏振進行了更大的比較,並被納入了綜合數據集。資料來源:NASA/SOFIA/Lynette Cook

由于射流在無線電波段上大部分是可見的,因此它們被描述為無線電響亮或無線電靜默兩種狀態。

史丹福大學卡夫里粒子天體物理學和宇宙學研究所的研究科學家、SOFIA新發現的主要作者恩里克-洛佩斯-羅德里格斯說:"我們看到一些AGN有非常強大的射電噴流,而一些沒有,儘管所有AGN本質上是一樣的--它們在中心都有一個超大質量的黑洞,並增加了質量。我們不明白為什麼它們中的一些會如此強大,而另一些則不然。"

現在,利用SOFIA,Lopez-Rodriguez和他的團隊發現,來自AGN的紅外光的偏振也隨著它們的無線電響度增加,為研究黑洞特徵提供了一種新的方法。

SOFIA在一次試飛中打開望遠鏡門,翱翔在白雪覆蓋的內華達山脈上空。SOFIA是一架改裝的波音747SP飛機。SOFIA在2014年實現了全面的運行能力,並在2022年9月29日結束了它的最後一次科學飛行。資料來源:NASA/Jim Ross

在2018年SOFIA發現來自已知最強射電響度AGN天鵝座A的紅外光高度偏振的激勵下,研究人員利用SOFIA制定了一個後續觀測計劃,以確定紅外偏振和射電響度之間是否有關係,如果有,那又是為什麼?

研究人員總共觀察了9個AGN的磁場,其中4個是射電響亮的,5個是射電安靜的。

從SOFIA對光偏振的觀測中,天文學家們可以推斷出該區域的磁場結構。在Lopez-Rodriquez和他的團隊研究的AGN樣本中,這些偏振顯示,在射電量大的星系核中有一個垂直于噴流的甜甜圈狀磁場,沿著AGN的赤道。也只有射電量大的的星系核才有如此強大的環形磁場,這表明該磁場正在幫助向內傳遞能量,用來自宿主星系的物質餵養黑洞。噴流越強,磁場越強,系統中的能量就越多。

該小組對這一結果的強度感到驚訝。

洛佩茲-羅德里格斯說:"我們希望有這樣的結果,但是我們沒有想到會有這麼強的關聯性。這背後有太多我們不了解的物理學。"

儘管這些物體背後的很多科學知識仍未得到解釋,但這一結果意味著黑洞對星系演化和噴流產生的潛在影響比天文學家之前意識到的要大不少。雖然天文學家通常認為引力是影響超大質量黑洞的唯一力量,但這項工作表明,磁場可以幫助彌合黑洞和其宿主星系中的物質之間的界面。在這些磁場的幫助下,黑洞不僅可以影響它們周圍的物質,而且還可以在銀河系內更大的距離上發揮作用。

SOFIA是美國宇航局和德國航天局的一個聯合項目。德國航天局為這項任務提供瞭望遠鏡、預定的飛機維護和其他支持。美國宇航局位于加州矽谷的艾姆斯研究中心與總部位于馬里蘭州哥倫比亞的大學空間研究協會和位于斯圖加特大學的德國SOFIA研究所合作,管理SOFIA計劃、科學和任務運作。該飛機由美國宇航局位于加州帕姆代爾的阿姆斯特朗飛行研究中心703大樓維護和運行。SOFIA在2014年實現了全面的運行能力,並在2022年9月29日結束了其最後一次科學飛行。

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