发现磁反转的超大质量黑洞

黑洞是宇宙中的强力引擎,它们提供类星体和其它活跃星系核的能量,从本质上来说,黑洞本身并没有磁场,但黑洞周围密集的等离子体在绕著黑洞旋转时,其中的带电粒子会产生电流和磁场。

发现磁反转的超大质量黑洞

等离子体的流动方向不会自发性地改变,所以科学家首先就认为黑洞的磁场是非常稳定的,但是这次见到磁场逆转证据时,科学家都相当惊讶。磁场的方向翻转这件事,在恒星中很常见,例如:我们的太阳磁场每11年左右就会逆转一次,甚至地球每隔几十万年也会发生磁极倒转的现象,但磁极逆转认为不太可能存在于超大质量黑洞中。

2018年,2.39亿光年外,名为1ES 1927+654的星系在可见光波段变亮了一百倍,在发现不久后,尼尔·格雷尔斯雨燕天文台(Neil Gehrels Swift Observatory)捕捉到它在X射线及紫外光波段的光芒,经过数据分析,科学家发现该星系实际上是在2017年底就开始变亮。

当时认为这种快速变亮是由于一颗恒星经过超大质量黑洞时,近距离接触引起的潮汐破坏事件,撕裂恒星扰乱黑洞吸积盘从而产生这次的高亮反应,但这次的新研究却不是如此。

研究团队观察从电波到X射线的相关资料,其中X射线波段的强度比往常下降的更剧烈,X射线通常是由带电粒子在强磁场中盘旋产生的,这显示黑洞附近的磁场产生了异常变化,与此同时,可见光及紫外光波段的强度却增加了,这不是潮汐破坏事件的典型反应,反倒是磁场逆转才更符合这样子的资料。

当黑洞吸积盘历经磁场逆转时,磁场在吸积盘的外缘减弱,因此磁盘可以更有效地加热,磁场一旦减弱,带电粒子产生的X射线就越少,直到磁场完成反转之后,盘面又回到原来的状态。这是第一次观测到星系黑洞的磁反转,但究竟有多普遍,还需要更多的观测才能确定。

【图:美国太空总署;文:节录自台北市立天文科学教育馆网页】研究全文刊登在2022年3月14日出版的 arXiv 论文预印本网站;标题是:A radio, optical, UV and X-ray view of the enigmatic changing look Active Galactic Nucleus 1ES~1927+654 from its pre- to post-flare states

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