密西根大學的研究人員利用二十年來美國國家航空暨太空總署（NASA）錢德拉X 射線天文台（Chandra X-Ray Observatory）的數據，揭開了對黑洞發射的宇宙噴流行為的全新認識。他們的研究揭示了這些噴流在X射線與無線電波中出現的顯著差異，在X射線觀測中凸顯了比光速更快的運動和獨特的結陣，這可能會徹底改變我們對銀河現象的理解。

錢德拉X 射線天文台（Chandra X-ray Observatory）揭示了半人馬座A 的噴流，噴流一直延伸到影像的左上角。 研究人員透過聚焦噴流中的亮點（或稱為”結”）的運動，對噴流有了新的認識。 圖片來源：D. Bogensberger 等人依據CC-BY 4.0 授權使用。 Astrophys. J. (2024) DOI: 10.3847/1538-4357/ad73a1

密西根大學領導的研究小組分析了美國國家航空暨太空總署錢德拉X 射線天文台二十多年來的數據，揭示了黑洞研究的新的複雜性。

這項研究的重點是位於半人馬座A星系中心的超大質量黑洞發射的高能量粒子噴流。 自從錢德拉望遠鏡於1999 年發射以來，天文學家就對這些噴流發出的出乎意料的明亮X 射線訊號特別感興趣。

起初，X 射線觀測似乎捕捉到了與射電波長類似的特徵，但這並不能揭示更深層的差異。 噴流是一種巨大的結構，有些比星係還大，它們仍然是一個科學之謎。 當噴流在不同波長下出現相似的現象時，就限制了科學家揭示這些天文物理現象隱藏的複雜性的能力。

領銜作者、麻省理工大學博士後大衛-博根斯伯格（David Bogensberger）說：”了解噴流中發生了什麼的關鍵，可能是了解不同波段如何追踪環境的不同部分。現在我們有了這種可能性。

這項新研究是一項規模不大但卻在不斷擴大的研究的最新成果，這項研究深入挖掘數據，以發現無線電波和X 射線觀測之間微妙而有意義的差異。

“X射線中的噴流與無線電波中的噴流不同，”博根斯伯格說。 “X射線資料描繪了一幅獨特的畫面，這是你在任何其他波長下都無法看到的。”

博根斯伯格和一個國際同事小組在《天文物理學期刊》上發表了他們的研究成果。

分析太空中的繩結運動

在研究中，研究團隊檢視了錢德拉望遠鏡從2000 年到2022 年對半人馬座A 的觀測資料。 或者更準確地說，博根斯伯格為此開發了一種電腦演算法。 該演算法追蹤噴流中明亮的塊狀特徵，這些特徵被稱為”結”。 透過追蹤觀測期間移動的結點，研究小組可以測量它們的速度。

其中一個繩結的速度尤其引人注目。 事實上，它的移動速度似乎超過了光速，因為它是如何相對於錢德拉在地球附近的有利位置移動的。 星結和錢德拉之間的距離縮小的速度幾乎和光速一樣快。

研究團隊確定，繩結的實際速度至少是光速的94%。 此前，曾用無線電觀測測量一個位於類似位置的繩結的速度。 結果表明，該繩結的速度明顯較慢，約為光速的80%。

對未來研究的影響

博根斯伯格說：”這意味著無線電和X 射線噴流節的運動方式是不同的。但這並不是數據中唯一的亮點。”

例如，無線電觀測到的結表明，最靠近黑洞的結構移動得最快。 然而，在新的研究中，博根斯伯格和他的同事發現，最快的星結位於一種中間區域–不是離黑洞最遠的地方，但也不是離黑洞最近的地方。

“關於噴流如何在X射線波段工作，我們還有很多不了解的地方。這凸顯了進一步研究的必要性，”博根斯伯格說。 “我們展示了一種研究噴流的新方法，我認為還有很多有趣的工作要做”。

博根斯伯格將利用研究小組的方法對其他噴流進行研究。 半人馬座A 的噴流很特別，因為它是我們所知的距離最近的噴流，大約在1200 萬光年之外。這種相對近的距離使它成為測試和驗證研究小組方法的首選。 在距離較遠的噴流中，要分辨出像”結”這樣的特徵變得更具挑戰性。

博根斯伯格說：”但在其他星系中也可以進行這種分析。這就是我下一步計劃要做的事情。”

編譯自/ ScitechDaily