【博科园-科学科普（关注“博科园”看更多）】一般的经验法则是，如果有一个令人费解的现象发生在外层空间的某个地方，那么黑洞就是它背后的罪魁祸首。这是根据博士后研究员Vaidehi Paliya物理学和天文学的部门,其2018年1月发表在《天体物理学杂志通讯》上，细节的发现七个星系可能动摇什么天体物理学家认为他们知道如何大小的星系和黑洞的中心——会影响其行为。人们普遍认为，只有巨大的星系才会有足够的能量来燃烧，这是一种巨大的辐射，足以延伸数千光年。但帕利亚的最新研究可能表明，如果条件合适，较小的星系也能做到这一点。
在中心的黑洞里，有一伽马射线从黑洞里喷射出来。图片版权：Wikimedia Commons
星系有三种主要类型：椭圆形的椭圆型、圆盘状的螺旋形和不规则形，它们与以前的任何一种都不太吻合。椭圆星系是宇宙中最古老、最庞大的星系。人们提出当两个较小的星系碰撞时，椭圆星系形成，合并成一个大的椭圆。通常情况下，椭圆星系被发现有一个黑洞，它的质量是太阳质量的10亿倍。通过它们固有的、不可避免的引力，星系中心的黑洞会通过吸收和“吃掉”周围物质的过程而变得更大。这就像你把水倒进厨房的水槽，你看到它形成一个螺旋，然后它就会进入下水道。类似的，物质在黑洞周围形成吸积盘，然后黑洞就会迅速成长，变成一个怪物。
但是，当黑洞周围的吸积盘开始释放能量——在无线电、红外线或x射线波段——星系被认为是“活跃的”，打开另一个星系分类器的门。物理学和天文学教授、Paliya的顾问Marco Ajello说：Blazars是一种活跃的星系，这些星系主机一个超大质量的黑洞,这个黑洞——以某种方式——能够粒子加速到接近光速的速度和保持他们在窄光束平行,称为飞机,这变得非常明亮的光源时指向我们。
这些喷射流是外太空中最极端的伽马射线源。这些纹章有像喷泉一样的喷射器。如果想要一个巨大的喷泉，需要一个非常强大的发动机在基地。他们需要在他们的中心有非常巨大的黑洞才能发射喷流。一般来说，我们不希望这些强大的喷流来自于像我们的银河系那样小的来源。银河系是一个螺旋状的星系，由气体和尘埃组成，包含着明亮的老恒星中心。通常情况下，螺旋星系的质量要比椭圆星系低很多，也不那么活跃。
当美国国家航空航天局(NASA)于2008年发射的费米伽马射线太空望远镜在其轨道的第一年探测到来自四个螺旋星系的伽马射线发射时，物理学家们感到困惑。这项研究的作者之一、物理学和天文学教授迪特尔·哈特曼(Dieter Hartmann)说：这是出乎意料的——我们只看到了来自于火焰的伽玛射线发射。当这四种来源被发现时，人们推测他们可能是开拓者。但由于消息来源太少，没人能确定。那么问题就变成：这些真的是一种新型的资源，还是仅仅是标准的例外？
这个问题悬而未决，直到帕利亚在印度的合作者在2017年发布了一个活跃的螺旋星系目录。这些星系被称为赛佛特星系，是另一种活跃的星系，它们的中心有相对较低的质量黑洞。然而赛弗特星系并不是像火焰一样发出强烈的伽马射线辐射，而是因为它们强烈的紫外线辐射而闻名。该目录为天体物理学家解决费米望远镜2008年发现的问题提供了第一个机会。螺旋星系是否有可能发射出喷射的伽马射线？帕利亚说：我拿了这个11,101个Seyfert星系的目录，我在伽玛射线波段研究了它们，使用了费米卫星上的大区域望远镜的数据，从那以后我发现了4个新的伽马射线源，还有3个是以前被称为火焰的，但我们相信它们实际上是赛佛特星系。
这一突破表明，即使是更小的来源也能发射强大的伽马射线喷流——这是天体物理学领域的一个潜在的范式转变。如果这喷流类似于火焰，但它的黑洞很小，可以把它想象成一辆汽车。比方说一辆小型汽车的速度与另一辆大得多的汽车的速度相同。然后小型汽车的引擎需要更有效率。因此在更小的螺旋星系中，黑洞的工作效率可能要比在大的物体上更有效。为了了解这七个伽马射线源的主星系的椭圆/螺旋性质，Ajello和Paliya打算获得最高分辨率的深度图像——由于大气的模糊效应，对地面光学望远镜的挑战。
望远镜的光收集能力与它的直径的平方成正比。这意味着用更大的望远镜，我们可以收集更多的光子。更多的光子意味着更多的信息。大金丝雀望远镜”(Great Canary Telescope)是一种直径10.4米的反射望远镜，于2007年开始收集观测数据。目前拥有“世界上最大的单孔径光学望远镜”之称的Gran望远镜的Canarias预计将在未来十年被超过30米望远镜(TMT)的揭幕。完成后，TMT将有一个30米的主镜，将允许研究人员以前所未有的清晰度看到外层空间——至少比哈勃太空望远镜好10倍。Ajello和Paliya打算使用哈勃太空望远镜，以及可能即将到来的像TMT这样的设施，来超越他们所发现的七个来源的明亮中心，以确定星系是椭圆形的还是螺旋形的。
如果它是椭圆的，那么我们就是在看一个普通的火焰。它可能是一个较小的椭圆和一个较小的黑洞。但如果这是一个螺旋，那么在一些新发现的条件下，喷气机就会在任何一个黑洞里发生。哈特曼补充说：更好地理解超大质量黑洞的环境是非常重要的，这些黑洞能够在极端天体物理条件下发射粒子加速。帕利亚还打算研究在伽玛射线中观察到的差异是否会转化为电磁波的光谱。这都是关于光学的，在无线电频率方面，布拉斯特的表现如何？那么这些Seyferts如何比较呢？这一发现表明发生了一些不同的事情。研究人员说，这些发现对帮助我们理解宇宙的演化很重要。这些发现可能是关于星系和黑洞如何在历史上共同成长的谜团中的一部分。
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参考：天体物理期刊
内容：经“博科园”判定符合今主流科学
来自：克莱姆森大学
编译：中子星
审校：博科园
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