蝎虎BL——宇宙中最炽热的火炉

[ 录入者:Melipal | 时间:2016-02-28 21:53:29 | 作者:Melipal 译 | 来源:MPS | 浏览:2635次 ]

原文标题:BL Lacertae – the hottest hearth in space

原文来自:Max-Planck-Gesellschaft   Posted: 2016. 1. 26

编译:Melipal   审校:Linq (编译版权所有,未经许可请勿转载。)

射电天文学家窥探了一个活动星系的心脏深处。

在9亿光年外一个名为“蝎虎BL”的活动星系中心潜藏着一个黑洞。黑洞的近邻区域发出了微波辐射。这种辐射成了若干射电望远镜一次联合观测的焦点,这些望远镜包括射电天文卫星(Spektr-R)、埃菲尔斯伯格(Effelsberg)望远镜以及遍布全球的14架地面射电望远镜。研究者在波恩市(Bonn)马克斯·普朗克射电天文所运营的专用相干设施内将所有这些参与观测的射电望远镜同时记录下的信号结合了起来,由此构建了一架等效口径相当于地球直径8倍的虚拟望远镜,给出了天文学界迄今获取的分辨率最高的图像。

1974年以来,使用甚长基线干涉仪(VLBI)进行的观测将全球各处的不同射电望远镜接收到的来自某个天体的信号结合起来,综合构成一架有效口径相当于天线最大间距的天线。这一方法带来了空前锐利的影像,其分辨率相对论哈勃空间望远镜在可见光波段取得的最佳分辨率的1000倍。

现在,一个国际合作组结合15架地面射电望远镜以及莫斯科的空间天文中心领衔的10米口径轨道射电望远镜——射电天文卫星的观测,打破了一切的分辨率记录。埃菲尔斯伯格100米天线的参与让这次观测灵敏度极高,可以探测微弱的宇宙射电辐射。根据射电天文卫星的数据获取天体图像所需的数据分析工作(所谓的“相干法”)是在波恩市马克斯·普朗克射电天文所属下的相干设施内完成的。

创纪录的分辨率:使用射电天文卫星在1.3厘米波段记录下的蝎虎BL的射电辐射图像取得了21微角秒的创纪录角分辨率。这架空间射电望远镜高度延展的轨道使得图像的角分辨率依赖于方向,由此导致了图中看上去呈椭圆形的结构形态。(图片版权:derived from a figure in: J.L. Gomez et al., The Astrophysical Journal)

对蝎虎BL(简称BL Lac)的研究提供了活动星系本性的新知,在这类星系中,质量极大的黑洞吞噬着周边的物质,同时还射出一对由高能粒子以及磁场组成、速度接近光速的喷流。这个天体位于北天的蝎虎座(意为蜥蜴)方向,与地球的距离约为9亿光年。

在微波波段进行的观测对于探索这类喷流来说是很重要的,原因是在磁场中运行的高能电子会发出大量的微波辐射。不过拥有明亮喷流的最活跃星系距离地球都有数十亿年,因此在天空中,它们的喷流占据的天区很小。为了实时观测喷流的活动,并揭示出决定给定时刻辐射总量的激波以及湍流等现象,高分辨率观测是至关重要的。研究小组的领导人、来自CSIC安达卢西亚(Andalucía)天体物理学研究所的荷西·L·戈麦兹(José L. Gómez)说:“这是我们第一次在最佳的分辨率下将地面射电望远镜与射电天文卫星的空间射电望远镜结合起来,这使得我们的小组可以模拟出一架尺度相当于地球直径8倍的天线,获取约合区区20微角秒的分辨率。”

从地球上看去,20微角秒相当于一枚2欧元硬币在月球上的张角。这样高的分辨率探测了蝎虎BL中心区域空前的细节,这个天体是一个活动星系核,由一个质量相当于太阳2亿倍的特大质量黑洞驱动。

活动星系核(AGN)是宇宙中能量最高的天体,其中心拥有一个巨型黑洞。黑洞吸积物质的过程形成了紧密环绕着黑洞的吸积盘,还有从星系核以接近光速射出的一对方向相反的粒子喷流。出于观测角度的原因,从地球上看去,你几乎只能看到其中的一道喷流。

巨型望远镜:射电天文卫星对蝎虎BL的观测让研究者构建出了一架口径相当于地球直径8倍的虚拟望远镜,分辨出了小至6000天文单位的结构。这一尺度要比太阳系中奥尔特云的范围小30倍左右,也相当于太阳与最近的恒星——半人马α距离的大约45分之一。这张图片将射电天文卫星的实际影像与太阳和半人马α在蝎虎BL的距离上上被射电天文卫星所能“看到”的情况作了比较。为了突出蝎虎BL喷流中的精细细节,仪器分辨率的角度依赖性通过过度分辨上面的原始图像而减低了。(图片版权:MPIfR/A. Lobanov)

来自空间天文中心的射电天文卫星任务科学家与小组成员尤里·科瓦列夫(Yuri Kovalev)指出:“射电天文卫星提供的空前角分辨率着实揭示出了AGN最内区的独特影像,在这一区域中产生了大多数的能量。”

当前的模型任务,由于黑洞和吸积盘的旋转,磁力线被“扭曲”成了螺旋结构。这样的卷曲磁场将喷流束缚在了一个窄束内,并让其运动加速。对蝎虎BL的观测证实了这一模型,并揭示出了一道喷流中的大尺度螺旋形磁场的存在。

射电天文卫星的图像还揭示出了蝎虎BL喷流上游端强得反常的光辐射,这样现象从来没有在其他AGN中观测到。这使得天文学家开始考虑,他们已有的喷流形成微波辐射的理论是否正确。

来自马普射电天文所的观测参与者安德雷·洛巴诺夫(Andrei Lobanov)说:“在蝎虎BL中,我们实际上观测的是最为炽热的宇宙炉膛,它正在强烈地为物质充能,需要达到1万亿度以上的温度,如果我们想在地球上再现这样的环境的话。”

荷西·L·戈麦兹总结道:“我们当前对AGN中辐射形成的认识给出了明晰的限制,说明在长时间内星系核能够产生的微波辐射强度不能超过多少。在蝎虎BL中观测到的极强辐射超过了这个限制,这要么要求喷流的速度较先前所任务的更为接近光速,要么需要我们对理论模型进行修正。”

(全文完)

Tags:蝎虎BL VLBI

责任编辑:Melipal

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