強(qiáng)磁場塑造雙螺旋結(jié)構(gòu)黑洞射流

近期一張橢圓星系梅西爾87的照片顯示了一個(gè)具有螺旋瓶塞狀結(jié)構(gòu)的強(qiáng)大噴流。噴射流從位于星系中心的黑洞延伸8000光年。(圖片來源:Pasetto等人，Sophia Dagnello, NRAO/AUI/NSF)

從一個(gè)超大質(zhì)量黑洞噴射出的一股非凡的星系噴射流擁有一個(gè)螺旋瓶塞結(jié)構(gòu)，新的地面望遠(yuǎn)鏡的視圖顯示。

該黑洞位于一個(gè)名為梅西耶87 (M87)的橢圓星系的中心，距離地球大約5500萬光年。這個(gè)黑洞——是第一個(gè)，也是唯一一個(gè)被拍到的——它的質(zhì)量大約是太陽的65億倍，并噴射出一股物質(zhì)流，也被稱為星系噴射。

利用美國國家科學(xué)基金會(huì)在新墨西哥州的卡爾·G·揚(yáng)斯基甚大陣列(VLA)，天文學(xué)家發(fā)現(xiàn)，這個(gè)噴射流是由一個(gè)從M87中心黑洞延伸近3300光年的螺旋形磁場引導(dǎo)的。根據(jù)國家射電天文臺(tái)的聲明，這是迄今為止在星系噴射流中探測到的最長的磁場。

“得益于在梅西爾87 (M87)星系的幾個(gè)不同的無線電波長拍攝高質(zhì)量的VLA圖像，我們能夠首次揭示這一射流磁場的三維結(jié)構(gòu)，”這項(xiàng)研究的主要作者、墨西哥國立自治大學(xué)的天文學(xué)家Alice Pasetto在聲明中說?！皣娏髦械奈镔|(zhì)呈雙螺旋結(jié)構(gòu)，類似于DNA的結(jié)構(gòu)。”

研究人員利用VLA的觀測來追蹤從噴流磁場結(jié)構(gòu)發(fā)射出的無線電波的偏振或排列，以及射流不同部位的磁場強(qiáng)度。（Alice Pasetto的）說明中提到。

“螺旋磁場預(yù)計(jì)會(huì)靠近黑洞，并被認(rèn)為在引導(dǎo)物質(zhì)進(jìn)入狹窄的射流中發(fā)揮了非常重要的作用，”該研究的聯(lián)合作者、西班牙巴倫西亞大學(xué)的天文學(xué)家何塞·M·馬蒂(Jose M. Marti)在聲明中說。“但我們沒想到會(huì)發(fā)現(xiàn)如此強(qiáng)大的螺旋場向外延伸這么遠(yuǎn)?！?/p>

在最近拍攝的M87的VLA圖像中，螺旋形的磁力線從星系中心的黑洞延伸到3300光年。黑洞周圍的磁場將能量和物質(zhì)噴射到太空中。在本例中，VLA觀測顯示M87射流延伸了大約8000光年。

新的觀測結(jié)果表明，射流內(nèi)物質(zhì)流動(dòng)的不穩(wěn)定可能會(huì)產(chǎn)生較高壓力的區(qū)域。這反過來可以壓縮磁力線，使它們在M87觀測中所看到的極端距離處更有序，說明中提到。

更重要的是，磁場和銀河射流中不穩(wěn)定物質(zhì)流動(dòng)之間的相互作用被認(rèn)為是導(dǎo)致M87最近觀測到的雙螺旋結(jié)構(gòu)的原因。

“M87離我們相對較近，它的噴射流非常強(qiáng)大，使其成為絕佳的研究目標(biāo)，”該研究的合著者、西班牙安達(dá)盧西亞天體物理研究所的天體物理學(xué)家何塞·L·戈麥斯(Jose L. Gomez)在聲明中說?！八o我們提供的線索可以幫助我們理解這個(gè)宇宙中非常重要和普遍存在的現(xiàn)象?！?/p>

相關(guān)知識(shí)

室女A星系（也稱為梅西耶87、M87或NGC 4486）最常見的是其英文縮寫M87，常稱之為“M87星系”。M87位在室女座，是巨大的橢圓星系，也是銀河系附近幾個(gè)質(zhì)量最大星系其中之一，擁有幾項(xiàng)受矚目的特性，第一，其球狀星團(tuán)數(shù)量特別多──M87星系里共含12,000個(gè)球狀星團(tuán)，參考之下，環(huán)繞銀河系的球狀星團(tuán)數(shù)量為150-200個(gè)。其二，該星系由核心發(fā)出一道向外延伸約1,500秒差距（4900光年）的高能等離子噴流，運(yùn)動(dòng)速度達(dá)相對論速度，與光速已相當(dāng)接近。M87是天空中最明亮的電波源之一，也是專業(yè)及業(yè)余天文學(xué)者所熱衷于觀測和研究的目標(biāo)。

法國天文學(xué)家查爾斯·梅西耶于1781年發(fā)現(xiàn)M87。熱愛彗星觀測的梅西耶當(dāng)時(shí)是為了協(xié)助同好避免在觀測時(shí)常誤將彗星與其他天體混淆，所以編制一份星云列表，M87名列表上編號(hào)第87個(gè)[3]。M87是室女星系團(tuán)北方次明亮的星系，距離地球1,640萬秒差距（5,350萬光年）。和盤狀的螺旋星系不同的是，M87并沒有明顯塵埃帶 ，外觀呈橢圓形，幾乎沒有任何特殊形狀，亮度分布和典型的橢圓星系一樣，由星系中心向外遞減，越外亮度越暗。M87的恒星占其質(zhì)量大約六分之一，呈球狀對稱分布，恒星分布密度，由星系核心向外呈遞減，越靠外圍的恒星密度越低。

位在星系中心是其超大質(zhì)量黑洞，也是活躍星系核的主成分，該天體在各波段都發(fā)出強(qiáng)烈輻射，尤其電波波段。M87的星系外殼（galactic envelope）延展寬達(dá)150kpc（49萬光年）遠(yuǎn)，然后中斷，中斷原因可能是和另一星系發(fā)生碰撞。恒星之間有彌散星際介質(zhì)氣體，豐富的化學(xué)元素是由演化后期恒星（evolved star）貢獻(xiàn)。

1997年在德國泰根塞曾以“電波星系M87”為主題舉辦過一次學(xué)術(shù)專門討論會(huì)；20年后，為了慶?！坝钪鎳娏靼l(fā)現(xiàn)百周年”，2016年天文學(xué)家再度會(huì)集于臺(tái)灣臺(tái)北，擴(kuò)大討論黑洞、噴流、宇宙學(xué)相關(guān)領(lǐng)域最新研究進(jìn)展。

BY: Samantha Mathewson

FY: 龍城D哥

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