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活动星系伽玛射线周期的线索

时间:2018-09-14 11:27 来源:未知 作者:admin

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作者:Francis Reddy  原文来自:  Posted: 2015. 11. 13

编译:Melipal  审校:Linq (编译版权所有,未经许可请勿转载。)

天文学家使用NASA费米伽玛射线空间望远镜的数据,在一个所谓的 活动 星系中探测到了亮度发生周期性变化的线索。这种星系的辐射是由一个特大号的黑洞驱动的。如果这一发现得到了证实,它将成为在星系中探测到的第一种为期数年的周期性伽玛射线辐射,将为黑洞附近的物理机制提供新的线索。

来自罗马的意大利空间局科学数据中心(ASDC)的费米小组协调人斯特凡诺 西普里尼(Stefano Ciprini)说: 在审视了费米大面积望远镜(LAT)多年的数据后,我们拣选出了证据,说明在一个名叫PG 1553+113的星系中,存在周期大致为两年的伽玛射线流量变化。这个信号非常微妙,我们已经看到了不到4个周期,虽然它很诱人,但我们需要更多的观测。

质量数百万倍于太阳的黑洞身居最庞大的星系(包括我们的银河系)中心。在大约1%这样的星系中,庞大的黑洞会辐射出相当于太阳数十亿倍的能量,这样的辐射会发生不可预测的变化,时标从几分钟到数年不等。天文学家将这样的星系称为活动星系。

费米的LAT仪器看到的超过一半的伽玛源都是名叫耀变体的活动星系,就像PG 1553+113这样。当物质落向特大质量黑洞的时候,一些亚原子粒子会以接近光速的速度沿一对方向相反的喷流逃逸而出。让耀变体如此明亮的原因是,这其中的一道喷流恰好直接朝向我们而来。

来自ASDC的天体物理学家萨拉 柯蒂尼(Sara Cutini)说: 本质上说,我们在径直朝下观看喷流的咽喉,因此它亮度发生变化的方式成为了我们理解喷流结构以及黑洞附近环境的首要工具。

为了寻找可能的伽玛射线规律性变化,研究者检视了10年来的多波段数据。这些数据包括芬兰的图尔拉(Tuorla)天文台、美国加州的利克天文台以及亚利桑那州图森市(Tucson)附近的卡塔里那(Catalina)巡天望远镜进行的长期观测结果,还有NASA的雨燕卫星获取的可见光和X射线数据。小组还研究了加州毕晓普(Bishop)附近欧文斯谷射电天文台的观测,自2008年起,该台每隔几周就会对PG 1553+113进行一次观测,这是为支援费米任务而持续开展的耀变体监测项目的一部分。

费米的观测表明,耀变体PG 1553+113的伽玛射线辐射可能存在为期数年的周期性变化。上图的光变曲线是费米大面积望远镜在2008年8月到2015年7月间采集的100兆电子伏特(MeV)以上的伽玛射线数据。作为比较,可见光光子的能量介于2到3电子伏特之间。数据点上的垂直线条表示误差棒。背景图:伽玛射线周期的一种可能解释是第二个黑洞的引力导致的喷流振荡,这个黑洞在艺术概念图中位于左上角。(图片提供:NASA s Goddard Space Flight Center/CI Lab)

ASDC小组的长期合作者、来自斯德哥尔摩市皇家理工学院的研究者史蒂芬 拉尔森(Stefan Larsson)说: 可见光与射电波段的周期性变化与费米所见的高能伽玛射线光变类似。光变模式在如此宽的波段上都吻合得很好,这说明这样的周期性是真实存在的,而非伽玛射线数据中的起伏。

西普里尼、柯蒂尼、拉尔森及其同事在11月10日的《天体物理学报通信》杂志上。如果PG 1553+113的伽玛射线周期确实是真正存在的,他们预测这个辐射源将于2017年和2019年再次抵达峰值,此时尚处费米预期的使用寿命之内。

科学家辨认出了若干机制,它们可能会驱动周期性的辐射。这其中包括若干不同的机制,可以让黑洞喷出的高能粒子喷流出现周期数年的摆动。最激动人心的一种模型认为还存在第二个特大质量黑洞,它距离产生观测喷流的黑洞不远,环绕着后者运行。邻近黑洞的引力周期性地让黑洞伴侣的吸积盘内区出现倾斜,而从这里落向黑洞的气体会积累起来并加热。结果就让喷流出现了缓慢的摆动,就好像是草坪灌溉装置一样,由此也就形成了我们观测到的周期性伽玛射线光变。

PG 1553+113位于巨蛇座,距离地球大约50亿光年。

NASA的费米伽玛射线空间望远镜于2008年6月发射。这是一项是天体物理学与粒子物理学的合作项目,是与美国能源部联合开发的,法国、德国、意大利、日本、瑞典以及美国的学术机构和合作伙伴作出了重要贡献。

(全文完)

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