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相對論性噴流

喷射物质

相對論性噴流（英文：Relativistic jet）是來自某些活動星系、射電星系或類星體中心的強度非常高的等離子體噴流。這種噴流的長度可達幾千甚至數十萬光年[1][2]。現在一般認為相對論性噴流的直接成因是中心星體吸積盤表面的磁場沿着星體自轉軸的方向扭曲並向外發射，因而當條件允許時在吸積盤的兩個表面都會形成向外發射的噴流。如果噴流的方向恰巧和星體與地球的連線一致，由於是相對論性粒子束，噴流的亮度會因而發生改變。目前在科學界相對論性噴流的形成機制[3]和物理成分[4]仍然是個有爭議的話題，不過一般認為噴流是電中性的，其由電子、正電子和質子按一定比例組成。一般還認為相對論性噴流的形成是解釋伽瑪射線暴成因的關鍵。這些噴流具有的洛倫茲因子可達大約100，是已知的速度最快的天體之一。

類似的較小尺寸的相對論性噴流可由中子星或恆星質量黑洞的吸積盤而產生，這類系統經常被稱作微類星體。一個著名的例子是SS 433，其經過周密觀測得到的相對論性噴流速度達到了光速的0.23倍，而大多數微類星體可能具有比這高得多的噴流速度（這一點還沒有被更多的周密觀測所證實）。其他更小尺寸以及速度更低的噴流可以在很多雙星系統中通過加速機制形成，這種加速機制可能和已觀測到的地球磁圈與太陽風之間的磁重聯過程相類似。

左上：1989年2月由VLA射電望遠鏡拍攝的M87的無線電波段照片，M87是位於室女座的距地球五千萬光年的射電橢圓星系，不同顏色表示的是無線電波的能量密度分布；右上：1998年2月由哈勃太空望遠鏡拍攝的M87的可見光波段照片，其相對論性噴流是由一個質量為三十億個太陽質量的超大質量黑洞產生的；下圖：1999年3月由VLBA射電望遠鏡拍攝的M87靠近中心黑洞的無線電照片，同樣的，不同顏色代表着不同區域內的能量密度分布，其中紅色區域的半徑大約為十分之一光年。

旋轉黑洞作為能量源 編輯

由於形成這樣的相對論性噴流所需要的驚人能量，部分噴流被認為是由旋轉黑洞對其加速而形成的。當前有兩種主要的理論來解釋能量是怎樣從黑洞轉移至噴流的：

  • 布蘭德福–日納傑過程[5]：這是目前從中心黑洞抽取能量的最佳理論之一。該理論認為，能量來自於吸積盤周圍的磁場。磁場被自轉的黑洞所拖拽和纏卷。當磁力線被纏緊時就可能將相對性粒子發射出去。
  • 彭羅斯機制[6]：羅傑·彭羅斯的理論認為，能量來自於旋轉黑洞的參考系拖拽效應。這個理論後來被證實可以為相對論性粒子的抽取到能量和動量[7]。從而該理論成為了一種形成相對論性噴流的可能機制[8]。

相關圖片 編輯

參見 編輯

延伸閱讀 編輯

  • Melia, Fulvio（弗爾維奧‧梅利亞）, The Edge of Infinity. Supermassive Black Holes in the Universe （《無限遠的邊緣：宇宙中的超大質量黑洞》）劍橋大學出版社2003年出版, ISBN 978-0-521-81405-8 ；中文版由蕭耐園翻譯，湖南科學技術出版社2006年11月初版，ISBN 7-5357-4713-2 /N.148

參考資料 編輯

  1. ^ Biretta, J. (1999, January 6). Hubble Detects Faster-Than-Light Motion in Galaxy M87 (http://www.stsci.edu/ftp/science/m87/m87.html （頁面存檔備份，存於網際網路檔案館）)
  2. ^ Yale University - Office of Public Affairs (2006, June 20). Evidence for Ultra-Energetic Particles in Jet from Black Hole (http://www.yale.edu/opa/newsr/06-06-20-01.all.html （頁面存檔備份，存於網際網路檔案館）)
  3. ^ Meier, L. M. (2003). The Theory and Simulation of Relativistic Jet Formation: Towards a Unified Model For Micro- and Macroquasars, 2003, New Astron. Rev. , 47, 667. (http://arxiv.org/abs/astro-ph/0312048 （頁面存檔備份，存於網際網路檔案館）)
  4. ^ Georganopoulos, M.; Kazanas, D.; Perlman, E.; Stecker, F. (2005) Bulk Comptonization of the Cosmic Microwave Background by Extragalactic Jets as a Probe of their Matter Content, The Astrophysical Journal , 625, 656. (http://arxiv.org/abs/astro-ph/0502201 （頁面存檔備份，存於網際網路檔案館）)
  5. ^ Blandford, R. D., Znajek, R. L. (1977), Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, 179, 433
  6. ^ Penrose, R. (1969). Gravitational collapse: The role of general relativity. Nuovo Cimento Rivista, Numero Speciale 1, 252-276.
  7. ^ Williams, R. K. (1995, May 15). Extracting x rays, Ύ rays, and relativistic e-e+ pairs from supermassive Kerr black holes using the Penrose mechanism. Physical Review, 51(10), 5387-5427.
  8. ^ Williams, R. K. (2004, August 20). Collimated escaping vortical polar e-e+ jets intrinsically produced by rotating black holes and Penrose processes. The Astrophysical Journal, 611, 952-963. (http://arxiv.org/abs/astro-ph/0404135 （頁面存檔備份，存於網際網路檔案館）)
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