來自黑洞噴流的x射線發射出人意料地變化，挑戰了粒子加速的主導模型 _黑洞

來自黑洞噴流的x射線發射出人意料地變化，挑戰了粒子加速的主導模型。信用:Pixabay/CC0公共領域
據馬里蘭大學巴爾的摩分校：研究人員直到最近才發現黑洞噴流發出X射線，噴流如何將粒子加速到這種高能狀態仍然是個謎。《自然·天文學》上令人驚訝的新發現似乎排除了一個領先的理論，為重新想象粒子加速在噴流中的工作方式打開了大門——也可能在宇宙的其他地方。
一個關于噴流如何產生X射線的領先模型預計噴流的X射線發射將在長時間尺度(數百萬年)內保持穩定。然而，這篇新論文發現，具有統計學意義的大量噴流的X射線輻射在短短幾年內發生了變化。
“我們對可變性感到興奮的原因之一是，在這些噴流中有兩種主要的X射線產生模型，它們完全不同，”主要作者，巴爾的摩縣馬里蘭大學的天文學家艾琳·邁耶解釋說。“一個模型調用能量非常低的電子，一個模型調用能量非常高的電子。其中一個模型與任何一種可變性都完全不相容。”
在這項研究中，作者分析了錢德拉X射線天文臺的檔案數據，這是目前分辨率最高的X射線天文臺。研究小組觀察了錢德拉多次觀察的幾乎所有黑洞噴流，在53個噴流中有155個獨特的區域。
邁耶說，在如此短的時間尺度上發現相對頻繁的變化“在這些噴流的背景下是革命性的，因為這是完全沒有預料到的” 。
重新思考粒子加速
除了假設X射線發射隨著時間的推移保持穩定，關于噴流如何產生X射線的最簡單理論還假設粒子加速發生在驅動噴流的黑洞“引擎”中的星系中心。然而，新的研究發現，沿著噴流的長度方向，X射線輻射會快速變化。這表明粒子加速發生在整個噴流中，距離噴流的黑洞原點很遠。
邁耶說:“有一些理論可以解釋這是如何工作的，但我們一直在研究的很多東西現在顯然與我們的觀察不相容。” 。
有趣的是，研究結果還暗示，離地球較近的噴流比離地球較遠的噴流有更多的可變性。后者是如此遙遠，以至于當它們發出的光到達望遠鏡時，就像是在回顧過去。對梅耶來說，更老的噴氣式飛機可變性更小是有道理的。在宇宙歷史的早期，宇宙更?。?環境輻射更大，研究人員認為這可能導致噴流中X射線更穩定。
關鍵合作
盡管Chandra具有出色的成像分辨率，但數據集帶來了巨大的挑戰。錢德拉僅用少量的X射線光子就觀察到了一些可變性。在給定的噴射流中，X射線產生的可變性通常是百分之十左右。為了避免無意中將隨機性算作真正的可變性，Meyer與多倫多大學和倫敦帝國理工學院的統計學家合作。
“從數據中得出這個結果幾乎就像一個奇跡，因為觀測不是為了檢測它而設計的，”Meyer說。該小組的分析表明，研究中30%到100%的噴流在短時間尺度內表現出可變性。“雖然我們想要更好的約束，”她說，“但可變性顯然不是零。”
新的發現在黑洞噴流中產生X射線的一個主要理論中戳出了重大漏洞，Meyer希望這篇論文激勵未來的工作。“希望這將是對理論家的一個真正的召喚，”她說， “基本上看看這個結果，并提出與我們的發現一致的噴流模型。”