相對論性噴流

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強的電漿噴流。這種噴流的長度可達幾千甚至數十萬光年。

基本介紹

• 中文名：相對論性噴流
• 外文名：Relativistic jet
• 長度：可達幾千甚至數十萬光年
• 噴流性：電中性
• 組成：電子、正電子和質子按一定比例
• 著名代表：SS433

簡介

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著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。在科學界相對論性噴流的形成機制和物理成分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。

相對論性噴流

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SS433，其經過周密觀測得到的相對論性噴流速度達到了光速的23%，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連線過程相類似。

能量傳遞過程

由於形成這樣的相對論性噴流需要非常巨大的能量，某些噴流被認為是由旋轉黑洞對其加速而形成的。當前有兩種不同的解釋來描述這種由黑洞至噴流的能量傳遞過程：

理論

Blandford-Znajek過程：這是最廣為接受的從中心黑洞抽取能量的理論：吸積盤附近的磁場被自轉的黑洞拖拽，當磁力線聚集起來時相對論性粒子加速後被發射出去。

彭羅斯機制

羅傑·彭羅斯的理論認為，從中心黑洞抽取能量依靠的是廣義相對論中的參考系拖拽效應，這種理論其後被證實可以解釋相對論性粒子能量的抽取過程，從而成為了解釋相對論性噴流成因的機制之一。

拍攝年份

1989年2月是由VLA射電望遠鏡拍攝的M87的無線電波段照片，M87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能量密度分布；

1998年2月是由哈勃太空望遠鏡拍攝的M87的可見光波段照片，它的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；

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，不同顏色代表著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。

等離子噴流

天文學家第一次拍到特大質量黑洞撕裂吞噬恆星並噴射出噴流的壯觀景象。這被認為是宇宙最神秘、最震撼的情景。照片中的黑洞仿佛魔鬼一般，一顆接近它的恆星瞬間被撕碎變成發光電漿後消失無形。這種罕見的景象是宇宙中最激烈的現象之一。這個堪稱“太空怪獸”的黑洞位於一個遙遠星系中部，距地球近40億光年。吞噬恆星之後，黑洞放射出壯觀的等離子流。

黑洞是一種引力極強的天體，就連光也不能逃脫。它就像宇宙中的無底洞，任何物質一旦掉進去無法再逃出。由於黑洞中的光無法逃逸，所以科學家無法直接觀測到黑洞。這張照片為天文學家研究黑洞提供了直觀的線索。如此壯觀的景象由被黑洞吞噬的恆星碎片所致，在此之前，科學家從未觀測到這種景象。黑洞產生的等離子噴流被稱之為“相對論性噴流”，長度可達到數十萬光年。絕大多數星系中央都存在特大質量黑洞，它們的質量相當於數百萬甚至數十億個太陽，憑藉強大的引力吞噬附近的一切物質。

天文學家抓拍到黑洞吞噬恆星的過程

2011年8月3月，“雨燕”望遠鏡觀測到恆星被特大質量黑洞吞噬的景象。這顆恆星因與巨型黑洞之間的距離過近，最終遭受滅頂之災。美國賓夕法尼亞州大學的大衛-布羅斯博士和一組科學家表示，明亮紫外線閃光的化學分析顯示，閃光來自於被黑洞吞噬的物質。這個黑洞的體積相當於100萬個太陽。研究小組在發表於《自然》雜誌的報告中指出：“我們認為我們捕捉到一個特大質量黑洞噴射相對論性噴流的景象。”

在一個星系內，黑洞吞噬恆星的事件每一億年發生一次。由於吞噬恆星獲取更多質量，這個黑洞的能量進一步提高。吞噬恆星或者其他黑洞是黑洞“生長”的重要動力，也因此孕育出特大質量黑洞。特大質量黑洞的質量可相當於數十億個太陽。相比之下，太陽只有一個太陽質量，地球的質量更是只有一個太陽質量的1/332950。