“吸血鬼黑洞”是一個“宇宙粒子加速器”，可能會解開一個長期存在的天文學謎團

微類星體的噴流產生沖擊波，這些沖擊波可能會產生轟擊地球的奇怪宇宙射線。

上方示意圖為微類星體中的黑洞正在剝離恒星物質。這個黑洞宛如一個宇宙粒子加速器，可能成為高能宇宙射線的來源。（圖源：NASA/ CXC/M.Weiss）

科學家們可能已經找到證據，證明“吸血鬼黑洞”以恒星（所謂的微類星體）為食。這些黑洞如同宇宙粒子加速器，產生轟擊地球的神秘高能宇宙射線。

這些恒星級質量黑洞存在于擁有超巨星的雙星系統中，它們貪婪地從超巨星身上剝離物質。一些恒星物質被吸引到黑洞的兩極，然后隨著高速噴流噴出。微類星體之所以得名，是因為它們與類星體類似。類星體是由超大質量黑洞驅動的活躍星系核，它們比普通黑洞具有更高的吸積率和更大的吸積盤，微類星體則沒有那么極端。

1912年，宇宙射線首次被發現，它可以以102?電子伏特(eV)的驚人能量撞擊我們的地球。這比在大型強子對撞機上加速的粒子能量要大得多，而大型強子對撞機是目前地球上最大、最強大的粒子加速器。

因此，超新星和微類星體被認為是我們宇宙中強大的宇宙粒子加速器?？茖W家們認為這些現象可能是產生高能宇宙射線的原因，并且終于找到了能夠證明微類星體可以將粒子加速到如此高能量的證據。

研究小組使用高能立體系統(H.E.S.S.)探測來自銀河系中最強大的微類星體噴流的極高能量伽馬射線，發現了宇宙射線和微類星體之間的聯系，最終將該雙星系統命名為SS 433。

這些伽馬射線是SS 433的噴流撞擊周圍物質時產生的，形成的沖擊波，將電子加速到足以解釋高能宇宙射線中所看到的粒子的速度。

“加速機制類似于超新星遺跡，盡管SS 433噴流的沖擊更快，可以將粒子加速到更高的能量，”巴塞羅那大學的副教授，瓦倫提·博什-拉蒙在一篇論文中討論了這項發表在《科學》雜志上的研究?！斑@些從SS 433噴流中檢測到的高能光子是一個間接的指標，表明在試圖解釋銀河系宇宙射線中最具能量的原子核時，這些物質不應該被忽視?！?/p>

宇宙中的海牛

SS 433雙星系統于1975年首次被發現，是第一個被發現的微類星體。在1977年被列入天體目錄后，它正式被命名為SS 433，然后因科幻作家亞瑟·c·克拉克將其命名為“世界七大奇跡”之一而名聲大噪。

SS 433位于超新星殘骸W50的中心地帶，距離地球約18000光年，被稱為“海牛星云”。經過數十年的深入研究，人們得知SS 433由一個質量約為太陽10到15倍的黑洞和一顆白色超巨星組成。兩者相距約1500萬英里，每13個地球日繞對方運行一周。

SS 433的兩顆恒星之間的距離不超過水星和太陽的三分之一，黑洞巨大的引力可以剝離恒星同伴的外層。這些被剝離的物質在黑洞周圍形成了一個吸積盤，其中一些被送入了黑洞，其他部分則通過強大的磁場被輸送到黑洞的兩極。從那里，漏斗狀物質以大約26%的光速被炸開。

超新星殘骸W50因微類星體的噴流而形成海牛的形狀。（圖源：NASA/NRAO/AUI/NSF, K. Golap, M. Goss）

微類星體的噴流呈螺旋狀姿態，其力量如此強大，甚至塑造了W50的整體外觀。

W50超新星殘骸是在一顆大質量恒星爆炸時形成的，比我們今天看到的要早大約2萬年。內部的微類星體產生了兩個凸起的“駝峰”，使W50呈現出巨大的宇宙海牛的外觀。

在無線電波中可以看到，SS 433的噴流從源頭兩側向外延伸約1光年。它們失去能量，逐漸暗淡。然而，奇怪的是，這些噴流又突然在距離微類星體75光年處的高能X射線光中重新出現。

研究小組表示，這現象表明噴流中的某種物質將粒子加速到了更高的能量，從而比它們從黑洞周圍被炸出時的速度更快。

SS 433微類星體的示意圖，藍色的噴流正穿過“海牛星云”。（圖源：Science Communication Lab for MPIK/H.E.S.S.）

科學家們使用納米比亞的五臺望遠鏡（包括H.E.S.S），在伽馬射線光中研究了SS 433發出的奇怪噴流，發現能量更高的伽馬射線來自更遠的雙星系統。

研究小組認為，對此最好的解釋是，高速、沖擊加速的電子使紅外光粒子散射，并將它們轉化為伽馬射線。

在遠離黑洞的地方發現高能伽馬射線，這個現象表明了兩點，距離SS 433中心雙星大約75光年，在那里，沖擊波將噴流重新塑造成一個緊密的柱狀結構，并給相關粒子提供了能量。

這也解釋了噴流在X射線中重新出現的原因，即加速的電子產生X射線輻射。

“這是第一次在天體物理噴流的伽馬射線中觀察到能量依賴的形態，” 馬克斯-普朗克研究所的團隊負責人，勞拉·奧利維拉-涅托在一份聲明中說?！拔覀冏畛鯇@些發現感到困惑。在X射線噴流重現的地方聚集如此高能量的光子，意味著那里一定發生了有效的粒子加速。”

上方組合圖展示了“海牛星云”與不同能量的伽馬射線。（圖源：Background: NRAO/AUI/NSF, K. Golap, M. Goss; NASA’s Wide Field Survey Ex-plorer (WISE); X-Ray (green contours): ROSAT/M. Brinkmann; TeV (red colors): H.E.S.S. collaboration.）

圍繞著這個有趣的微類星體，研究小組發現仍然有一些謎題。比如，這些噴流在遠離雙星系統的地方到底撞擊了什么，才產生巨大的沖擊。

奧利維拉-涅托說:“我們仍然沒有一個模型可以統一地解釋噴流的所有特性，因為還沒有模型預測到這一特征?！?/p>

該團隊會嘗試將他們所學到的相關知識，應用于更強大的超大質量黑洞驅動類星體的噴流。

此外，雖然這些發現暗示了高能宇宙射線的來源，但還沒有揭開這個長達一個世紀的宇宙之謎。

“SS 433不可能是那些在地球上被探測到的，能量極高的宇宙射線質子的來源，因為這個源頭太過年輕，它的粒子一旦逃離源頭就無法到達地球，”博什-拉蒙認為。“然而，距離更近、壽命更長的微類星體，即使更弱、更難以探測，也可能對當地的千電子伏宇宙射線做出不可忽視的貢獻?！?/p>

BY:Robert Lea

FY:忙碌的北門

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