解開謎團：超大質量黑洞如何加速噴流粒子至接近光速

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作者 Emma stein | 發布日期 2022年11月24日 17：39

宇宙有種極亮天體稱為耀變體，特徵是超大質量黑洞噴出的強大高速粒子流直指地球，幾十年來，科學家們一直在想這些粒子如何被加速至超高能量。現在一項新研究解開謎團，有關粒子加速的最佳解釋來自噴流衝擊波。

耀變體（blazar）是活躍星系一種，也被稱為活躍星系核（AGN），真面目是星系中央的超大質量黑洞，能產生2個垂直於吸積盤、方向相反的強大噴流，且其中一股方向直指地球。位於4.56億光年外名為Markarian 501的超大質量黑洞便有股噴流就恰好指向地球，它以接近光速的速度向太空噴射帶電粒子，後者又於過程發射出稱為同步輻射的強大X射線，是良好觀察對象。

天文學家40年來想知道的是什麼機制導致粒子被加速到接近光速，並從超大質量黑洞噴流飛馳而去。

NASA於去年發射的成像X射線偏振測量儀（Imaging X-Ray Polarimetry Explorer，IXPE）可以揭露耀變體磁場環境，反過來提供有關加速噴流粒子的線索，在觀測Markarian 501黑洞後研究人員終於取得證據表明，「衝擊波」是將粒子加速到驚人速度的最可能機制。

有2種常見方式可以在噴流中產生衝擊波，第一種與環境原因有關：外部介質壓力和密度變化導致衝擊波產生；第二種是電漿移動速度不同，當慢速區域與快速區域碰撞時就會產生衝擊波。

若衝擊波理論正確，則科學家預測在X線波長下偏振角會旋轉，後續IXPE觀測有機會檢測到這種旋轉，進一步支持結論。

新論文發表在《自然》（Nature）期刊。