天文學家捕捉到強大宇宙噴流的形成

2025-12-10 04:39:15 分類：探索 閱讀(4176)

射電天文學揭示的3C 279噴流的絲狀結構。a、學家形成2014年3月10日獲得的捕捉1.3厘米總強度(左)和線偏振(右)射電天文圖像。雖然a中的到強大宇兩個圖像都顯示了亮度溫度(色標)，但右側的宙噴圖像也顯示了覆蓋為刻度的恢復的電矢量位置角度。它們的天文長度和顏色分別與線偏振強度和分數偏振的水平成比例。b，學家形成2017年4月獲得的捕捉1:1比例的1.3毫米EHT圖像。等高線與我們的到強大宇射電天文圖像相對應，顯示出來是宙噴為了比較不同的探測尺度。這些亮度從峰值亮度的天文90%開始，以3/2的學家形成連續因子下降，直到達到5%。捕捉兩幅圖像都與具有最大亮度的到強大宇像素對齊。c，宙噴2014年2月25日獲得的7毫米VLBA-布-布拉扎爾方案圖像。b和c左下角的白色橢圓分別表示20 × 20 μas2和150 × 360 μas2卷積光束。uux.cn/顏色條僅指顯示在信用證:https://www.nature.com/articles/s41550-023-02105-7中的信息
（神秘的地球uux.cn）據馬克斯·普朗克學會（諾伯特·容克）：利用地球和太空中的射電望遠鏡網絡，天文學家捕捉到了有史以來最詳細的超大質量黑洞等離子體射流的圖像。噴流以接近光速的速度行進，并在其源頭附近顯示出復雜扭曲的圖案。這些模式挑戰了40年來用于解釋這些噴流如何形成和隨時間變化的標準理論。
位于德國波恩的馬克斯·普朗克射電天文學研究所為觀測做出了重大貢獻，在那里，所有參與望遠鏡的數據被組合起來，形成了一個有效直徑約為100，000公里的虛擬望遠鏡。
黑洞是宇宙中最明亮和最強大的電磁輻射源。它們是活動星系核的一個子類，包括具有中心超大質量黑洞的星系，從周圍的圓盤中吸積物質。大約10%的活動星系核被歸類為類星體，產生相對論性等離子體射流。
布拉扎屬于類星體的一小部分，在類星體中，我們可以看到這些噴流幾乎直接指向觀測者。最近，包括德國波恩馬克斯·普朗克射電天文學研究所(MPIfR)科學家在內的一個研究小組以前所未有的角度分辨率對blazar 3C 279中噴流的最內部區域進行了成像，并檢測到了非常規則的螺旋細絲，這可能需要修改迄今為止用于解釋活動星系中噴流產生過程的理論模型。
西班牙格拉納達安達盧西亞天體物理研究所(IAA-CSIC)的研究員安東尼奧·富恩特斯(Antonio Fuentes)領導了這項工作，他說:“多虧了RadioAstron，軌道射電望遠鏡的距離遠達月球，以及分布在地球上的23架射電望遠鏡網絡，我們獲得了迄今為止blazar內部最高分辨率的圖像，使我們首次能夠如此詳細地觀察噴流的內部結構。”。
射電天文任務打開的宇宙新窗口揭示了3C 279等離子體射流的新細節，3C 279是一個核心有超大質量黑洞的黑洞。該噴流至少有兩條扭曲的等離子體細絲，從中心延伸超過570光年。
“這是我們第一次在如此接近噴流起源的地方看到這樣的細絲，它們告訴我們更多關于黑洞如何塑造等離子體的信息。GMVA和EHT的另外兩臺望遠鏡也在更短的波長(3.5毫米和1.3毫米)上觀察到了內部噴流，但他們無法檢測到絲狀形狀，因為它們太暗了，對于這個分辨率來說太大了，”GMVA研究小組成員兼歐洲調度員Eduardo Ros說。
“這顯示了不同的望遠鏡如何揭示同一物體的不同特征，”他補充道。
來自布拉扎爾斯的等離子射流并不是直的和均勻的。它們顯示了曲折，顯示了等離子體是如何受到黑洞周圍的力的影響的。天文學家研究了3C 279中這些被稱為螺旋狀細絲的扭曲，發現它們是由噴射等離子體中發展的不穩定性引起的。
在這個過程中，他們還意識到，他們用來解釋噴流如何隨時間變化的舊理論不再適用。
因此，需要新的理論模型來解釋這種螺旋細絲是如何在如此接近噴流起源的地方形成和演化的。這是一個巨大的挑戰，但也是一個了解這些令人驚嘆的宇宙現象的絕佳機會。
“從我們的結果中產生的一個特別有趣的方面是，它們表明了限制噴流的螺旋磁場的存在，”目前隸屬于MPIfR的科學家團隊成員光說?！耙虼耍赡苁窃?C 279中圍繞噴流順時針旋轉的磁場，指引和引導噴流的等離子體以0.997倍光速的速度運動。”
研究小組中的另一位MPIfR科學家Andrei Lobanov補充說:“以前在河外噴流中也觀察到了類似的螺旋狀細絲，但規模要大得多，據信這是由于不同部分的流以不同的速度移動并相互剪切造成的。”“通過這項研究，我們進入了一個全新的領域，在這個領域中，這些細絲實際上可以與產生噴流的黑洞附近最復雜的過程聯系起來?！?br>對3C 279內部噴流的研究，現在刊登在最新一期的《自然天文學》上，擴展了正在進行的更好地理解磁場在活動星系核相對論性外流初始形成中的作用的努力。它強調了對這些過程的當前理論建模仍然存在的許多挑戰，并表明需要進一步改進射電天文學儀器和技術，這為以創紀錄的角度分辨率對遙遠的宇宙物體成像提供了獨特的機會。
使用一種稱為甚長基線干涉測量(VLBI)的特殊技術，通過組合和關聯來自不同射電天文臺的數據，創建了有效直徑等于參與觀測的天線之間最大間距的虛擬望遠鏡。
射電天文項目科學家尤里·科瓦列夫(Yuri Kovalev)現在在MPIfR工作，他強調了健康的國際合作對實現這些成果的重要性:“來自12個國家的天文臺已經使用氫鐘與空間天線同步，形成了一個虛擬望遠鏡，其大小相當于到月球的距離?！?br>MPIfR主任Anton Zensus是過去二十年RadioAstron任務背后的驅動力之一，他說:“RADIOASTRON的實驗導致類星體3C 279的這些圖像，這是通過許多國家的天文臺和科學家的國際科學合作可能取得的非凡成就。在衛星發射之前，這項任務花了幾十年的共同規劃。通過連接像Effelsberg這樣的地面大型望遠鏡以及仔細分析我們在波恩的VLBI相關中心的數據，制作實際圖像成為可能。”