功能强大的类星体喷气机的配方：为什么某些超大质量黑洞发射出强大的光束

艺术家对黑洞喷口的印象。

一些超大质量的黑洞会发射强大的材料束或射流，使其远离它们，而另一些则不会。天文学家现在可能已经确定了原因。

利用来自NASA的钱德拉X射线天文台，ESA的XMM-牛顿，德国的ROentgenSATellite（ROSAT），NSF的Karl G. Jansky超大型阵列，斯隆数字天空测量和其他望远镜的数据，研究人员研究了700多个类星体–快速增长的超大质量黑洞–隔离决定为什么这些黑洞发射喷气机的因素。

来自超大质量黑洞的喷射流可以向周围环境注入大量能量，并强烈影响其周围环境的演变。以前，科学家意识到超大质量黑洞需要快速旋转以驱动强射流，但并非所有快速旋转的黑洞都具有射流。

这项研究的负责人，宾夕法尼亚大学宾州州立大学的朱世富说：“我们发现，还有一个决定性因素，即超大质量黑洞是否具有喷射流，这种磁场称为黑洞电晕。”“如果您没有在X射线中明亮的黑洞电晕，就好像您没有强大的黑洞喷嘴。”

在天文学中，术语“电晕”通常与太阳的外部大气相关联。另一方面，黑洞电晕是弥散的热气区域，它们位于围绕重力重力坑旋转的密度更大的材料盘的上方和下方。像太阳周围的电晕一样，黑洞电晕也带有强磁场。

宾夕法尼亚州立大学的合著者尼尔·布兰特（Niel Brandt）说：“就像烤面包一样，您需要一些食材才能成功遵循面包的配方。”“我们的结果表明，当制造'强大的类星体喷气机时，您不能缺少的一种成分就是明亮的电晕。”

该团队通过更好地了解类星体发出的X射线获得了他们的结果。先前的研究表明，没有射流的类星体在其X射线强度和紫外线发射之间显示出特征性的联系。通过电晕中黑洞的圆盘撞击粒子的紫外线可以解释这种相关性。产生的能量提升将紫外线转换为X射线。

在这项新研究中，研究小组选择调查确实具有喷气机的类星体的行为。他们发现不同类星体在X射线和紫外线之间的相关性与无射流类星体的显着相似。他们得出的结论是，喷射动力类星体中的X射线发射也是由黑洞电晕产生的。

这个结论令人惊讶。以前，天文学家认为带有喷射流的类星体的X射线发射来自喷射流的基部，因为带有喷射流的类星体的X射线往往比没有喷射流的类星体更亮。这项新的研究证实了这种亮度差异，但是得出的结论是，与那些喷射强度较弱或不存在的类星体相比，额外的X射线发射来自更亮的黑洞电晕。

德州农工大学的合著者在2011年发表的论文“对射流类星体的X射线来自黑洞电晕，而不是来自射流，这一发现对35年的这种发射的基本性质提出了挑战”。德克萨斯州大学城。“它可以为这些喷气机的物理特性提供新的见解。”

他们的工作的一个重要意义是，要产生强大的喷气机，类星体必须具有一个明亮的黑洞电晕，该黑洞电晕除了具有快速旋转的黑洞外，还应具有强磁场穿过。黑洞电晕较弱且磁场较弱的类星体的功率较小或不存在的喷气机，无论其超大质量黑洞是否正在快速旋转。

朱说：“类星体强大的射流和明亮的电晕同时发生，可能根本上是由磁场驱动的。”

较高的磁盘掉入黑洞的速度会导致磁盘变厚，从而产生更强的磁场。

这些结果与恒星质量黑洞的结果相似，恒星质量黑洞的质量不到太阳质量的一百倍，而超质量黑洞的质量却是太阳质量的几百亿或数十亿倍。这支持了这样的想法，即这两种不同类别的黑洞的行为可能相似，尽管它们的大小差异很大。

该小组的样本包括729架带有喷气飞机的类星体。Chandra，XMM-Newton和ROSAT数据分别用于212、278和239类星体。小组样本的大小和质量解释了为什么他们能够发现X射线发射的原因。

这些结果发表在2020年6月20日的《皇家天文学会月刊》上。该论文的其他合著者是中国南京大学的罗斌，中国厦门大学的吴建峰和Y.Q.。中国科学技术大学的薛，中国合肥。

参考：朱SF，WN Brandt，B.Luo，吴建峰，薛玉琼和杨光。的“ Lx–Luv–Lradio关系和电晕–碟片–射流在光学选择的类星体中的连接”，2020年6月20日，每月通知皇家天文学会
10.1093 / mnras / staa1411arXiv：
2006.13226

美国国家航空航天局（NASA）的马歇尔太空飞行中心（Marshall Space Flight Center）管理钱德拉（Chandra）计划。史密森尼天文观测台的钱德拉X射线中心控制着剑桥和马萨诸塞州伯灵顿的科学和飞行业务。