星际大战系列电影出现虚构的"死星(Death Star)",能够发射强而有力的辐射横跨太空。然而,宇宙所制造的现象,经常胜过科幻小说里的魔法。
画架座A(Pictor A)星系是一个令人印象如此深刻的对象,这个星系距离地球约五亿光年,在它的中心有一个超大质量黑洞。当物质盘旋朝向黑洞事件视界,物质掉入黑洞的不归路(point of no return),一个庞大的重力能被释放。这个能量产生一个巨大的粒子束或者喷射流,以接近光速的速度,行进在星系之间的太空。
为了得到这个喷射流影像,科学家历经15年,在不同的时段使用了钱卓拉X射线天文台(Chandra X-ray Observatory,以下简称钱卓拉)的望远镜。这个新的合成图像,结合了钱卓拉的X射线数据(蓝色)和澳洲望远镜致密阵列(Australia Telescope Compact Array)的无线电波数据(红色)。
藉由研读在X射线和无线电波所看到的结构细节,科学家试图对这些巨大的准值(平行)冲击波,做更深入的了解。
画架座A星系右边的喷射流是最靠近我们的,它展示出持续不断的X射线辐射,超过三十万光年的距离(长度)。相较之下,整个银河系的直径大约为十万光年。由于它相对地接近,以及钱卓拉制作X射线图像的能力,科学家得以观看喷射流复杂的特征以及测试X射线辐射是如何产生的概念。
除了显着的喷射流指向图像的右方,研究人员还提出证据,有另一个被称为"反向喷射流"指向相反的方向。尽管以前就提出过反向喷射流的尝试性证据,这些新的钱卓拉数据(Chandra data)证实它的存在。相较于喷射流,反向喷射流的相对模糊很可能是因为它朝离开地球视线的方向喷射所造成。
图中,标示出超大质量黑洞、喷射流和反喷射流的位置,也标示出一个喷射流正在推进周遭气体的"无线电波瓣(radio lobe)"和一个震波产生的"热点(hotspot)"。
从钱卓拉索所观测到的喷射流与反向喷射流的详细特征,它们的X射线辐射很可能是电子盘绕磁场线所造成的,一个称为同步辐射(synchrotron emission)的过程。在这种情况下,电子必须不断地被加速,当他们沿着喷射流喷出。目前还不是很清楚这是如何发生的。
研究人员排除掉另一个产生X射线辐射的不同过程。在那个过程下,在喷射流内以接近光速速度飞离黑洞的电子,穿越在大爆炸后宇宙炽热初期所遗留下来的宇宙背景辐射(CMB)海。当快速移动的电子撞上宇宙背景辐射光子时,它会推升光子的能量到X射线频段。
喷射流的X射线亮度决定于电子束的功率和背景辐射的强度。来自画架座A星系的喷射流与反向喷射流X射线对应亮度,是无法和有CMB涉入这个过程所期盼的亮度相比。
描述这些结果的报告将在英国皇家天文协会月报刊出,并在网络上发表。