Nustar和Herschel探测黑洞喷射谜

这位艺术家的概念显示了一个带有吸积盘的黑洞 - 一种扁平的材料结构，绕黑孔 - 以及热气射流，称为等离子体。学分：NASA / JPL-加州理工学院

使用NASA的Nustar Space Telescope和William Herschel天文台，天文学家能够测量喷气机中粒子在“开启”之前颗粒的距离，并成为明亮的光源。

黑洞以贪婪的食物而闻名，但他们不吃朝向他们的一切。一小部分材料在热气体的强大喷气机中射出，称为等离子体，可以在周围环境上造成严重破坏。沿途，这种等离子体以某种血浆可通电足以强烈地辐射光，沿着黑洞的旋转轴形成两个明亮的柱。长期以来，科学家一直在争论这在喷气机中的发生位置和发生方式。

天文学家对这个谜有新的线索。使用NASA的Nustar Space望远镜和西班牙威廉Herschel天文台叫Ultracam的快速相机，科学家们已经能够测量喷气机在“开启”之前颗粒的距离，并成为明亮的光源。该距离称为“加速区”。该研究发表于自然天文学期刊。

科学家们用叫做“X射线二进制二进制”的银河系中的两个系统，每个系统都是由饲养正常明星的黑洞。他们在突出时期的不同点研究了这些系统 - 这是膨胀盘时 - 由于物质落入的原料呈现黑洞的材料扁平结构。

当科学家在2015年6月观察到它时，一个称为V404 Cygni的系统达到了几乎高峰亮度。那时，它经历了21世纪X射线二进制中最亮的爆发。另一个称为GX 339-4的另一个，在观察时的最大预期亮度的1％。GX 339-4的明星和黑洞比V404 Cygni系统更靠近。

尽管存在差异，但系统显示出类似的时间延迟 - 当NUSTAR首次检测到的X射线光线和超大时，稍后在可见光中检测到的喇叭喇叭时，在两者之间的延迟相似。这种延迟小于眼睛的眨眼，但对于黑洞喷气机的物理来说很重要。

“一种可能性是喷射的物理学不是通过盘的尺寸决定的，而是通过喷气机基座的颗粒的速度，温度和其他特性，”研究和天文学家的铅作者佩达甘地说英国南安普敦大学。

最好的理论科学家必须解释这些结果是X射线光源源自靠近黑洞的材料。强磁场将一些材料推动到沿喷射器的高速。这导致颗粒碰撞近光速度，直到它开始发射超卡捕获的光学辐射流直到它激励等离子体。

射流在哪里发生这种情况？光学和X射线光之间的测量延迟解释了这一点。通过将该时间乘以粒子的速度，这几乎是光速，科学家决定了行驶的最大距离。

这一扩大约为19,000英里（30,000公里）代表喷射器中的内部加速区，等离子体感觉最强的加速，并通过发光来“开启”。这只是在地球直径的三倍之下，但是宇宙术语的微小，特别是考虑到V404 Cygni中的黑洞，重量高达300万地球。

“天文学家希望利用本研究结果改进喷射动力机制的模型，”丹尼尔斯特恩，基于美国宇航局的喷气机推进实验室，加州帕萨迪纳省普拉德纳的研究共同作者和天文学家。

使这些测量并不容易。在地面上的空间和光学望远镜的X射线望远镜必须在科学家爆发期间的同时看看X射线二进制文件，以计算望远镜检测之间的微小延迟。这种协调需要在天文台团队之间进行复杂的规划。实际上，在2015年爆发期间只有约一个小时只有一个小时，但这足以计算关于加速度区的突破性结果。

结果似乎也与科学家对超大分子黑洞的理解联系，比这项研究中的更大。在一个叫做Bl Lacertae的超大分离系统中，重量200万倍的太阳质量，科学家推断了比本研究发现的数百万次延迟延迟。这意味着喷射器的加速区域的尺寸可能与黑洞的质量有关。

“我们很兴奋，因为它看起来好像我们发现了与喷气机的内部工作相关的特征尺度，不仅在v404 cygni等恒星 - 质量黑洞中，而且在怪物超大的黑洞中，”甘地说。

下一步是在其他X射线二进制文件的观察中确认这种测量的延迟，并开发一个可以将喷射在所有尺寸的黑洞中绑在一起的理论。

“共同努力的全球地面和太空望远镜是这个发现的关键。但这只是一个偷看的，并且仍有待学习。未来对理解黑洞极端物理来说真的很明亮，“帕萨迪纳卡尔特科的尼斯塔尔和天文教授的主要调查员Fiova Harrison说。

NuSTAR是由加州理工学院（Caltech）领导并由JPL管理的美国国家航空航天局（NASA）在华盛顿的科学任务委员会的小型探索者任务。NuSTAR是与丹麦技术大学和意大利航天局（ASI）合作开发的。宇宙飞船是由奥比斯杜勒斯，弗吉尼亚州的轨道科学公司建造的。NuSTAR的任务运营中心位于加州大学伯克利分校，官方数据档案位于NASA的高能天体物理学科学档案研究中心。ASI提供任务的地面站和镜像存档。加州理工学院为NASA管理JPL。

出版物：P. Gandhi等，“用于光学射流底座的0.1光秒的高度，”自然天文学（2017）DOI：10.1038 / S41550-017-0273-3