探索从黑洞发射的无线电射流的等离子体加载机制

学分:东北大学

星系,包括我们的银河系,在它们的中心拥有超大质量黑洞,它们的质量是太阳的数百万到数十亿倍。 一些超大质量黑洞发射快速移动的等离子体外流,这些外流会发出强烈的无线电信号,称为无线电射流。

无线电喷气式飞机于 1970 年代首次被发现。 但是关于它们是怎样产生的,尤其是它们的能源和等离子体加载机制,仍有很多未知之处。

最近,Event Horizo​​​​n Telescope Collaboration在巨型椭圆星系M87中心发现了附近黑洞的无线电图像。 这一观察结果支持了黑洞的自旋为无线电射流提供动力的理论,但对阐明等离子体加载机制几乎没有帮助。

现在,由东北大学天体物理学家领导的一个研究小组提出了一个有希望的方案,该方案阐明了无线电射流中的等离子体加载机制。

最近的研究声称,黑洞是高度磁化的,因为星系内的磁化等离子体将磁场带入黑洞。 然后,相邻的磁能通过磁重联瞬时释放其能量,为黑洞周围的等离子体提供能量。 这种磁重联为太阳耀斑提供了能源。

太阳耀斑中的等离子体会释放紫外线和 X 射线; 而黑洞周围的磁重联会导致伽马射线发射,因为每个等离子体粒子释放的能量远高于太阳耀斑的能量。

目前的情况表明,发射的伽马射线相互作用并产生大量的电子-正电子对,这些电子-正电子对被加载到无线电射流中。

这解释了在无线电射流中观察到的大量等离子体,与 M87 的观察结果一致。 此外,该场景注意到无线电信号强度因黑洞而异。 为了 example在我们银河系中的超大质量黑洞人马座 A* 周围的无线电射流太微弱,目前的无线电设施无法检测到。

此外,该情景还预测了将等离子体装入无线电射流时的短期 X 射线发射。 当前的 X 射线探测器会遗漏这些 X 射线信号,但它们可以被计划中的 X 射线探测器观测到。

“在这种情况下,未来的 X 射线天文学将能够将等离子体加载机制解开成无线电射流,这是黑洞的长期谜团,”该研究的主要作者 Shigeo Kimura 说。

木村和他的团队的研究细节发表在 2022 年 9 月 29 日的《天体物理学杂志快报》上。