黑洞喷流的X射线辐射出乎意料地变化挑战粒子加速的领先模型

研究人员最近才发现黑洞喷流会发射X射线，而喷流如何将粒子加速到这种高能状态仍然是个谜。《自然天文学》(Nature Astronomy)中令人惊讶的新发现似乎排除了一个领先理论，为重新想象粒子加速在喷流中以及可能在宇宙其他地方的工作方式打开了大门。

喷气机如何产生 X 射线的一个主要模型预计喷气机的 X 射线发射在长时间尺度(数百万年)内保持稳定。然而，这篇新论文 发现，统计上显着数量的喷气机的 X 射线发射量在短短几年内发生了变化。

“我们对这种可变性感到兴奋的一个原因是，有两种主要模型可以解释这些喷流中 X 射线的产生方式，而且它们完全不同，”马里兰大学天文学家、主要作者 Eileen Meyer 解释道。 ，巴尔的摩县。“一个模型调用能量非常低的电子，一个模型调用能量非常高的电子。其中一个模型与任何类型的可变性完全不相容。”

在这项研究中，作者分析了钱德拉 X 射线天文台的档案数据，这是可用的最高分辨率 X 射线天文台。研究小组研究了钱德拉进行过多次观测的几乎所有黑洞喷流，总计 53 个喷流中的 155 个独特区域。

在如此短的时间尺度上发现相对频繁的变化“在这些喷射流的背景下是革命性的，因为这根本出乎意料，”迈耶说。

重新思考粒子加速

除了假设 X 射线发射随时间稳定外，关于喷流如何产生 X 射线的最简单理论还假设粒子加速发生在驱动喷流的黑洞“引擎”中的星系中心。然而，这项新研究发现，沿喷气机长度方向的 X 射线辐射发生了快速变化。这表明粒子加速一直沿着喷流发生，距离喷流在黑洞的起源很远。

“有一些理论可以说明这是如何工作的，但我们一直在研究的很多东西现在显然与我们的观察不符，”迈耶说。

有趣的是，结果还暗示，离地球较近的喷气机比离地球较远的喷气机具有更大的可变性。后者距离如此之远，以至于当它们发出的光到达望远镜时，就像是时光倒流。对迈耶来说，老式喷气式飞机的可变性较小是有道理的。在宇宙历史的早期，宇宙较小而环境辐射较大，研究人员认为这可能导致喷射流中的 X 射线更加稳定。

关键协作

尽管 Chandra 具有出色的成像分辨率，但数据集还是带来了重大挑战。钱德拉仅用少量的 X 射线光子就观察到了一些变异性区域。给定射流中 X 射线产生的可变性通常为百分之几十左右。为了避免无意中将随机性视为真正的可变性，迈耶与多伦多大学和伦敦帝国理工学院的统计学家合作。

“从数据中得出这个结果几乎就像一个奇迹，因为观察并不是为了检测它而设计的，”迈耶说。该团队的分析表明，研究中 30% 到 100% 的喷气机在短时间内表现出可变性。“虽然我们想要更好的约束，”她说，“但可变性显然不为零。”

新发现在黑洞喷流中产生 X 射线的主要理论之一中戳出了重大漏洞，迈耶希望这篇论文能推动未来的工作。“希望这对理论家来说是一个真正的号召，”她说，“基本上看看这个结果，并提出与我们所发现的一致的喷气模型。”