M87喷射释放罕见的伽马射线爆发

2025-05-05 07:41来源:本站

  M87也被称为室女座A或NGC 4486,是室女座星系团中最亮的天体,室女座星系团是宇宙中最大的引力束缚结构。在EHT的科学家于2019年4月发布了其中心黑洞的第一张图像后,它名声大噪。在EHT多波长工作组的领导下,发表在《天文学和天体物理学杂志》上的一项研究展示了2018年4月进行的第二次EHT观测活动的数据,涉及超过25台地面和轨道望远镜。作者报告了十多年来第一次观测到来自超大质量黑洞M87的高能伽马射线耀斑,基于几乎同时收集的星系光谱,跨越了迄今为止最宽的波长范围。

  “我们很幸运地在事件视界望远镜的多波长运动中发现了来自M87的伽马射线耀斑。这标志着十多年来在这个源观测到的第一个伽马射线耀斑事件,使我们能够精确地限制观测到的伽马射线发射区域的大小。无论是最近用更灵敏的EHT阵列进行的观测,还是计划在未来几年进行的观测,都将为研究M87超大质量黑洞周围的物理现象提供宝贵的见解和难得的机会。“这些努力有望揭示磁盘射流连接,揭示伽玛射线光子发射背后的起源和机制,”Giacomo Principe说,他是论文的协调员之一,是与INAF和INFN有联系的里雅斯特大学的研究员。这篇文章已被《天文学与天体物理学》接受发表。

  研究人员检测的相对论射流的范围令人惊讶,其大小超过黑洞视界数千万倍(7个数量级)——类似于细菌和已知最大蓝鲸之间的大小差异。

  高能耀斑持续了大约三天,表明一个发射区域的大小小于3光年(~170天文单位,1天文单位是太阳到地球的距离),揭示了一个明亮的高能发射爆发——远高于射电望远镜从黑洞区域探测到的通常能量。

  “这个超大质量黑洞的活动是高度不可预测的——很难预测什么时候会发生耀斑。2017年和2018年获得的对比数据,分别代表了它的静止阶段和活跃阶段,为解开这个神秘黑洞的活动周期提供了重要的见解,”名古屋城市大学的Kazuhiro Hada说,他领导了多波长运动的无线电观测和分析。

  “耀斑的持续时间大致与发射区域的大小相对应。伽马射线的快速变化表明耀斑区域非常小,大约只有中心黑洞的十倍大。有趣的是,在伽马射线中观察到的剧烈变化在其他波长中没有检测到。东京大学宇宙射线研究所的Daniel Mazin解释说:“这表明耀斑区域具有复杂的结构,并且根据波长表现出不同的特征。”Daniel Mazin是MAGIC望远镜小组的一员,该小组探测到了伽马射线耀斑。

  2018年的第二次EHT和多波长运动利用了二十多个引人注目的观测设施,包括美国宇航局的费米- lat、HST、NuSTAR、钱德拉和Swift望远镜,以及世界上最大的三个成像大气切伦科夫望远镜阵列(H.E.S.S、MAGIC和VERITAS)。这些天文台分别对x射线光子和高能甚高能(VHE)伽马射线敏感。在活动期间,费米空间天文台上的LAT仪器探测到高能伽马射线通量的增加,其能量高达可见光的数十亿倍。钱德拉和核之星随后在x射线波段收集了高质量的数据。东亚VLBI网络(EAVN)的无线电观测显示,在距离星系核心几微秒的弧度范围内,喷流的位置角度每年都有明显的变化。

  “通过结合有关喷流方向变化的信息,EHT观测到的环的亮度分布和伽马射线活动,我们可以更好地理解高能辐射产生背后的机制,”日本大学的Motoki Kino说,他是ewan观测活动期间的协调员。

  数据还显示,环的不对称性(所谓的黑洞视界)和喷流的位置在位置角度上有显著的变化,这表明这些结构在非常不同的尺度上存在物理关系。研究人员解释说:“在2018年观测活动期间获得的第一张图像中,可以看到环上的辐射不均匀,因此呈现不对称性(即较亮的区域)。2018年进行的后续观测以及与本文相关的观测证实了这些数据,强调了不对称的位置角度发生了变化。”

  研究小组还将观测到的宽带多波长光谱与理论发射模型进行了比较。“2018年的耀斑在伽马射线中表现出特别强烈的增亮。宇宙射线研究所的Tomohisa Kawashima说:“有可能超高能量粒子在安静状态下观察到的相同发射区域内经历了额外的加速,或者在不同的发射区域发生了新的加速。”他使用安装在日本国家天文台的超级计算机进行了模拟。

  “粒子如何以及在哪里在超大质量黑洞喷流中加速是一个长期存在的谜。阿姆斯特丹大学教授、该研究的合著者Sera Markoff说:“这是第一次,我们可以将粒子加速事件产生的伽马射线耀斑期间近视界区域的直接成像与耀斑起源的测试理论结合起来。”

  这一发现为刺激未来的研究和理解宇宙的潜在突破铺平了道路。

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