美国国家航空航天局的钱德拉在宇宙“正午”看到了令人惊讶的强大黑洞射流 _美国

美国国家航空航天局钱德拉X射线天文台的一项研究表明，一个黑洞在遥远的宇宙中喷出了一股令人惊讶的强大射流。图像：X射线：NASA/CXC/CfA/J.Maithil等人。；插图：NASA/CXC/SAO/M.Weiss；图像处理：NASA/CXC/SAO/N.Wolk
据美国国家航空航天局（李莫洪）：根据美国国家航空航天局钱德拉X射线天文台的一项新研究，一个黑洞在遥远的宇宙中喷出了一股令人惊讶的强大射流，并在我们最新的新闻稿中进行了讨论。这股喷流在宇宙中存在得足够早，以至于它被大爆炸本身留下的辉光照亮了。
天文学家使用钱德拉和卡尔·G·扬斯基甚大阵列（VLA）在他们称之为“宇宙正午”的时期研究了这个黑洞及其喷流，该时期发生在宇宙开始约30亿年后。在此期间，大多数星系和超大质量黑洞的增长速度比宇宙历史上任何时候都快。
主图是一位艺术家的插图，显示了一个朝向超大质量黑洞坠落的圆盘中的物质。正如钱德拉在这项新研究中发现的那样，一股喷流正从黑洞向右上角喷射。这个黑洞距离地球116亿光年，当时宇宙微波背景辐射（CMB），即大爆炸的残余辉光，比现在密度大得多。当射流中的电子飞离黑洞时，它们会穿过CMB辐射的海洋，并与微波光子碰撞。这些碰撞将光子的能量提升到X射线带（紫色和白色），使钱德拉即使在如此遥远的距离也能探测到它们，如插图所示。
事实上，研究人员发现并证实了两个不同的黑洞的存在，这两个黑洞的喷流长度超过30万光年。这两个黑洞分别距离地球116亿光年和117亿光年。一个射流中的粒子以光速的95%至99%移动（称为J1405+0415），另一个射流以光速的92%至98%移动（J1610+1811）。来自J1610+1811的喷流非常强大，携带的能量大约是围绕黑洞运行的热气体发出的强光的一半。
该团队能够探测到这些喷流，尽管它们与明亮的、不断增长的超大质量黑洞（称为“类星体”）相距甚远，距离也很?。?这是因为钱德拉的X射线视野很清晰，而且CMB当时比现在密度大得多，增强了上述能量提升。
当类星体喷流接近光速时，爱因斯坦的狭义相对论会产生戏剧性的增亮效应。朝向地球的喷气式飞机看起来比那些指向远处的飞机亮得多。天文学家观察到的相同亮度可能来自速度和视角的不同组合。一架以接近光速飞行但远离我们的喷气式飞机，看起来就像一架直接指向地球的慢速喷气式飞机一样明亮。
研究人员开发了一种新的统计方法，最终解决了分离速度和视角效应的挑战。他们的方法认识到了一个基本的偏见：天文学家更有可能发现指向地球的喷流，仅仅是因为相对论效应使它们看起来最亮。他们使用修改后的概率分布将这种偏差纳入其中，该分布解释了如何在调查中检测到不同角度的射流。
他们的方法首先利用射流粒子如何散射CMB的物理学原理来确定射流速度和视角之间的关系。然后，他们没有假设所有角度的可能性都是相等的，而是应用了相对论选择效应：向我们发射的射流（较小的角度）在我们的目录中被高估了。通过运行一万个模拟，将这种偏差分布与他们的物理模型相匹配，他们最终可以确定最可能的视角：J1405+0415约为9度，J1610+1811约为11度。
这些结果由Jaya Maithil（哈佛和史密森尼天体物理中心）在阿拉斯加州安克雷奇举行的美国天文学会第246次会议上提出，并发表在《天体物理学杂志》上。这里有预印本。位于阿拉巴马州亨茨维尔的美国国家航空航天局马歇尔太空飞行中心负责管理钱德拉项目。史密森天体物理天文台的钱德拉X射线中心控制着马萨诸塞州剑桥的科学操作和马萨诸塞州伯灵顿的飞行操作。