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太阳的总光度只有4×1026瓦,还不到图23中的微类星体辐射功率的十万分之一。
图23 微型类星体SS433在射电波段呈现
喷流的发射
室女座星系团是由1000多个星系构成的,距银河系只有5000万光年。
它的中心是一个被称为M87[梅西耶87的缩写,列在法国天文学家查尔斯·梅西耶(CharlesMessier)制作的星表中]的巨大星系。
该星系的核心是一个质量是太阳30亿倍的超大质量黑洞。
从其中发出的是如图24所示的非常强的直线喷流。
图24 从M87星系中心的超大质量黑洞,以接近光速喷出等离子体喷流
这个喷流在光学波段、射电波段和X射线波段都很容易被看到。
据认为,落入物质以每年2~3倍太阳质量的吸积率,到达第6章中描述的那种吸积盘正在发挥作用的核心区。
这个喷流的发射点可能在吸积盘的最内部,其从发射点向外传播的速度非常接近光速,因此我们称之为相对论性喷流。
利用我在第7章中介绍过的VLBA仪器进行连续监测,可知喷流速度非常接近光速,而位于地球大气层之外的哈勃空间望远镜和钱德拉X射线卫星,都比其位于地面上时具有更高的灵敏度。
在距地球5000万光年的位置上,以光速运动的物体每年会在天空中移动4毫弧秒。
如果我们考虑到一弧只有一度的13600弧度,那么它的四千分之一听起来会是一个小到几乎无法测量的角度,但是VLBA仪器能很容易分辨这么小的间隔。
VLBA已经对这个喷流底部不到其超大质量黑洞30倍史瓦西半径的范围进行了成像。
图25显示了源于M87中超大质量黑洞的相对论性喷流的等离子体射电辐射的波瓣和羽流的示例。
图25 源于M87星系中心的超大质量黑洞所发出的相对论喷流的射电辐射波瓣
为了进一步说明膨胀的波瓣与相对论性喷流有关,图26展示了一个在天空中延伸了6度的示例,并呈现出了用于观测的望远镜阵列,以便让人能够感受其尺度。
依拉娜·费恩(IlanaFeain)和她的同事使用的望远镜是澳大利亚望远镜致密阵列。
图26 月亮和澳大利亚望远镜致密阵列的光学照片与半人马座A的无线电图像的合成照片
相对论性喷流从黑洞附近发射的机制目前还只是推测,还不具有普适性。
不过,来自世界各地的不同团队进行的各项独立研究中,绝大多数证据表明该理论的基本细节是正确的。
除了宽泛的图像以外,这些机制及其详细功能还属于推测,只是在光子不足且具有选择效应的情况下被耐心检验过。
证明不属于科学,但证据属于科学。
我们之所以受到阻碍,是因为即使当今已部署的最先进的成像技术,也无法区分并识别释放了大部分能量的最小区域,不过,利用功能强大的计算机进行数值模拟,就可以突破当前技术的限制。
最新发表的模拟结果表明,吸积盘发出的喷流完全可以由广义相对论效应进行解释。
这些模拟将组分和公理作为已知输入,允许喷流和吸积盘演化到其特性可以与最新观测结果相匹配的尺度。
那么,我们现在对宇宙中黑洞的质量有哪些了解呢?看起来它们分为两个主要的类别。
首先是那些质量与恒星类似的黑洞。
这些恒星质量黑洞的质量是太阳质量的3~30倍,它们来自烧光了全部燃料的恒星。
然后就是超大质量黑洞,它们能达到约100亿太阳质量。
正如我们已经讨论过的,它们存在于包括我们自己的银河系在内的星系中心,并且与活跃星系和类星体的种种奇特现象有关。
我们已经讨论过物体掉入黑洞,但当一个黑洞掉入另一个黑洞时会发生什么?这不是一个抽象的问题,因为人们已经知道可能存在双黑洞。
在这样的天体中,两个黑洞会互相绕转。
人们认为由于发出了引力辐射,双星中的黑洞将失去能量并以螺旋形向内互相绕转。
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