云南天文台超大质量黑洞周围物理现象研究取得进展
近期,国际著名核心刊物《The Astrophysical Journal》(2012,ApJ,744,84)发表了云南天文台研究员王建成带领的研究团队,在超大质量黑洞周围物理现象的研究方面取得的进展。
众所周知,我们的银河系只是茫茫宇宙中再普通不过的一个星系。天文观测和理论推论表明,在每个星系的中心都存在一个超大质量的黑洞(106—108太阳质量),黑洞的质量以及活动特性对星系的形态和特征有决定性作用。黑洞通过引力作用吸积周围的物质,把引力势能转化为电磁辐射能和高能粒子的动能,便是黑洞最基本的活动方式。有一类特殊的星系,它们中心的黑洞活动非常剧烈,被称之活动星系核。
图1
在活动星系核中,黑洞通过强大的引力场,吞噬周围物质的过程,称为吸积,而这些物质在被吞噬之前聚集在黑洞的周围形成盘状的旋转体,便是吸积盘。黑洞不仅吞噬物质,还会以目前人们不甚知晓的方式从两极抛出物质,这一过程即为喷流。 喷流与吸积是黑洞周围紧密联系的重要物理现象,其具体物理细节是天体物理的研究前沿之一,它们主导活动星系核的剧烈活动现象,如物质的喷射和爆发,高能粒子的产生,很宽波段上极强的电磁辐射等(如图1)。
活动星系核在各个电磁波段的辐射机制和形态各有特点,比如在射电波段,它通过喷流,把中心区域的物质和能量朝两极传输到外围区域,形成两个巨大的射电瓣(如图2)。射电核到射电瓣边缘的距离,从1kpc到1000kpc不等(kpc是距离单位,比如我们银河系的尺寸约为30kpc),射电核区是如何通过喷流把物质传输到如此遥远的区域,这仍然是个谜。
图2
王建成研究团队收集了1000多个射电活动星系核,对它们的射电瓣和射电核进行研究,发现射电核和瓣具有不同的演化模式,表明物质从中心向外传输存在奇特现象。另外,他们发现活动星系核的射电核呈负宇宙演化模式,即在活动星系核的早期,它们不容易产生喷流,射电核的射电辐射较弱;然而,人们研究发现在活动星系核的早期,黑洞周围气体物质丰富,吸积效率高。综上分析表明:当活动星系核中心的超大质量黑洞大量吸积物质时,它不愿意抛射喷流物质,而在低吸积物质情况下,反而慷慨地抛射喷流物质,产生强的射电辐射。
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