黑洞也会“发脾气”：科学家们捕捉到“超高速喷流”的伽马射线

一组科学家宣布，他们首次探测到了来自一种被称为“超高速喷流 ”的现象的伽马射线。 科学家们相信，这些喷流在调节黑洞本身及其宿主星系的增长方面发挥着重要作用。

研究人员利用美国宇航局（NASA）费米伽玛射线太空望远镜上的大面积望远镜收集的数据，以及结合了太弱而无法单独观测的信号的堆叠技术，在几个附近的星系中检测到了来自“超高速喷流 ”的伽马射线。这个团队，包括来自芝加哥大学、克莱姆森大学、查尔斯顿学院和其他许多人的科学家，于2021年11月10日在《天体物理学杂志》上发表了这些结果。

他们表示，这些结果应该有助于了解在我们自己的银河系形成和成长过程中发生了什么。

“我们的伽马射线观测显示了超大质量黑洞如何将大量的能量转移到它们的宿主星系，”克莱姆森大学的博士后研究员、该研究的负责人Chris Karwin说。“尽管这些风很难探测到，但人们认为它们在大质量黑洞和宿主星系本身的成长过程中起着重要作用。”

类似海啸的风

每个星系的中心都有一个超大质量的黑洞。有些是休眠状态。其他的则被称为活跃星系核，它们是活跃的，这意味着它们吸纳并"吃掉"周围的物质。

但与流行的假设相反，黑洞并不是真的吞噬它们附近的一切。克莱姆森大学副教授Marco Ajello说：“黑洞就像强大的吸尘器，它们会喷出一些靠近它们的污物，而不是吸走所有东西。”他是这项研究的共同负责人。“这些喷射物，即类似海啸的风，是由高度电离的气体组成的。”

当这些气体与存在于恒星系统之间的物质相互作用时，会产生强大的冲击波。Karwin解释说，通过这种方式，黑洞将大量的能量转移到它们的宿主星系。他说：“这些超快的外流就像一个活塞，实际上将被称为宇宙射线的带电粒子加速到接近光速的水平。”

这些宇宙射线继续与宿主星系中的粒子碰撞，最终产生科学家们探测到的伽马射线。

“这种伽马射线发射编码了大量的信息，”芝加哥大学的研究生、该论文的共同作者Rebecca Diesing说：“这包括它是如何进化的，它是如何加速宇宙射线的，以及它是如何与宿主星系中的物质互动的。”

与芝加哥大学天文学和天体物理学系的副教授Damiano Caprioli合作，Diesing开发了最先进的计算建模技术来计算粒子如何在天体物理环境中被加速，特别是在风产生的强大冲击波处，以及这种能量非常高的粒子如何发射伽马射线。这些信息加在一起，有助于理解这些超高速喷流是如何演变的。

这些超高速喷流以多种方式影响它们周围的星系。例如，科学家们认为这些超高速喷流向星系注入了能量，这些能量分解了气体云，否则这些气体云可能会形成恒星并为超大质量黑洞提供能量。Diesing说：“这成为一个自我调节的过程，它在物理上将超大质量黑洞与它们的宿主星系联系起来，使它们一起成长。”

Ajello说：“星系中心的黑洞和星系本身有一个机制，使其质量共同增长--这就是这个机制。”