相对论性喷流

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相对论性喷流:活动星系核周围的相对论性等离子体束与中心的超大质量黑洞自转轴方向一致,从而沿喷流方向射出

相对论性喷流(英文:Relativistic jet)是来自某些活动星系射电星系类星体中心的强度非常强的等离子体喷流。这种喷流的长度可达几千甚至数十万光年[1][2]。现在一般认为相对论性喷流的直接成因是中心星体吸积盘表面的磁场沿着星体自转轴的方向扭曲并向外发射,因而当条件允许时在吸积盘的两个表面都会形成向外发射的喷流。如果喷流的方向恰巧和星体与地球的连线一致,由于是相对论性粒子束,喷流的亮度会因而发生改变。目前在科学界相对论性喷流的形成机制[3]和物理成分[4]仍然是个有争议的话题,不过一般认为喷流是电中性的,其由电子正电子质子按一定比例组成。一般还认为相对论性喷流的形成是解释伽玛射线暴成因的关键。这些喷流具有的洛伦兹因子可达大约100,是已知的速度最快的天体之一。

类似的较小尺寸的相对论性喷流可由中子星恒星质量黑洞的吸积盘而产生,这类系统经常被称作微类星体。一个著名的例子是SS433,其经过周密观测得到的相对论性喷流速度达到了光速的0.23倍,而大多数微类星体可能具有比这高得多的喷流速度(这一点还没有被更多的周密观测所证实)。其他更小尺寸以及速度更低的喷流可以在很多双星系统中通过加速机制形成,这种加速机制可能和已观测到的地球磁圈太阳风之间的磁重连接过程相类似。

左上:1989年2月由VLA射电望远镜拍摄的M87无线电波段照片,M87是位于室女座的距地球五千万光年的射电椭圆星系,不同颜色表示的是无线电波的能量密度分布;右上:1998年2月由哈勃太空望远镜拍摄的M87的可见光波段照片,其相对论性喷流是由一个质量为三十亿个太阳质量的超大质量黑洞产生的;下图:1999年3月由VLBA射电望远镜拍摄的M87靠近中心黑洞的无线电照片,同样的,不同颜色代表着不同区域内的能量密度分布,其中红色区域的半径大约为十分之一光年。

旋转黑洞作为能量源[编辑]

由于形成这样的相对论性喷流需要非常巨大的能量,某些喷流被认为是由旋转黑洞对其加速而形成的。当前有两种不同的解释来描述这种由黑洞至喷流的能量传递过程:

  • Blandford-Znajek过程[5]:这是目前最广为接受的从中心黑洞抽取能量的理论:吸积盘附近的磁场被自转的黑洞拖拽,当磁力线聚集起来时相对论性粒子加速后被发射出去。
  • 彭罗斯机制[6]罗杰·彭罗斯的理论认为,从中心黑洞抽取能量依靠的是广义相对论中的参考系拖拽效应,这种理论其后被证实可以解释相对论性粒子能量的抽取过程[7],从而成为了解释相对论性喷流成因的机制之一[8]

参见[编辑]

延伸阅读[编辑]

  • Melia, Fulvio(弗爾維奧‧梅利亞), The Edge of Infinity. Supermassive Black Holes in the Universe (《无限遠的边缘:宇宙中的超大质量黑洞》)剑桥大学出版社2003年出版, ISBN 978-0-521-81405-8 ;中文版由蕭耐園翻譯,湖南科學技術出版社2006年11月初版,ISBN 7-5357-4713-2 /N.148

参考资料[编辑]

  1. ^ Biretta, J. (1999, January 6). Hubble Detects Faster-Than-Light Motion in Galaxy M87 (http://www.stsci.edu/ftp/science/m87/m87.html)
  2. ^ Yale University - Office of Public Affairs (2006, June 20). Evidence for Ultra-Energetic Particles in Jet from Black Hole (http://www.yale.edu/opa/newsr/06-06-20-01.all.html)
  3. ^ Meier, L. M. (2003). The Theory and Simulation of Relativistic Jet Formation: Towards a Unified Model For Micro- and Macroquasars, 2003, New Astron. Rev. , 47, 667. (http://arxiv.org/abs/astro-ph/0312048)
  4. ^ Georganopoulos, M.; Kazanas, D.; Perlman, E.; Stecker, F. (2005) Bulk Comptonization of the Cosmic Microwave Background by Extragalactic Jets as a Probe of their Matter Content, The Astrophysical Journal , 625, 656. (http://arxiv.org/abs/astro-ph/0502201)
  5. ^ Blandford, R. D., Znajek, R. L. (1977), Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, 179, 433
  6. ^ Penrose, R. (1969). Gravitational collapse: The role of general relativity. Nuovo Cimento Rivista, Numero Speciale 1, 252-276.
  7. ^ Williams, R. K. (1995, May 15). Extracting x rays, Ύ rays, and relativistic e-e+ pairs from supermassive Kerr black holes using the Penrose mechanism. Physical Review, 51(10), 5387-5427.
  8. ^ Williams, R. K. (2004, August 20). Collimated escaping vortical polar e-e+ jets intrinsically produced by rotating black holes and Penrose processes. The Astrophysical Journal, 611, 952-963. (http://arxiv.org/abs/astro-ph/0404135)