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在两个碰撞合并的星系中,探测到相对论射流的速度是否接近光速?

克莱姆森大学科学学院研究小组与国际天文学家的合作,首次明确探测到从两个碰撞星系中出现的相对论射流,这是第一个照片证据,证明合并的星系可以产生带电粒子射流,其运动速度接近光速。

克莱姆森大学科学学院研究小组与国际天文学家的合作,首次明确探测到从两个碰撞星系中出现的相对论射流,本质上,这是第一个照片证据,证明合并的星系可以产生带电粒子射流,其运动速度接近光速。此外,科学家此前发现,这些喷流可以在椭圆形星系中找到,椭圆形星系可以由两个螺旋星系合并而成。现在,首次有了一张明确的图像,显示了两个较年轻螺旋形星系形成的喷流。

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其研究成果发表在《天体物理学》期刊上;克莱姆森大学前博士后研究员、研究的主要作者瓦伊德希·帕利亚说:我们第一次在碰撞的路径上发现了两个螺旋或盘状星系,这两个星系在其中一个星系的中心产生了伽马射线发射相对论喷流。除了目前在德国Deutsches Elektronen Synchrotron工作的帕利亚之外,克莱姆森的其他作者还包括物理和天文学系的副教授马尔科·阿杰罗、迪特尔·哈特曼教授和兼职教授斯特凡诺·马切西。

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发现产生的喷射流如此年轻,这一事实使研究人员能够清楚地看到产生地。此前已经有很多天文学家多次拍摄到星系碰撞图像,但本研究是第一个捕捉到两个星系合并的星系,在那里有一个完全形成的喷流指向我们,尽管是一个非常年轻的喷流,因此还不够亮。通常情况下,喷流发出的光非常强大,以至于我们看不到它背后的星系。这就好比试图看一个物体时,有人用明亮的手电筒照向你的眼睛,你所能看到的只有手电筒光。

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发现的这个喷流威力较小,所以我们实际上可以看到它诞生的星系。喷流是宇宙中最强大的天体物理现象之一,它们可以在一秒内向宇宙释放比太阳一生所产生能量还多的能量。这种能量是以辐射的形式存在,例如强烈的无线电波、X射线和伽马射线。喷流也是宇宙中最好的加速器,比我们在地球上拥有的超级对撞机要好得多(高能物理研究中使用的加速器)。

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喷流被认为是从较老的椭圆形星系中诞生,这些星系有一个活动星系核(AGN),AGN是一个位于其中心的超大质量黑洞。作为参考,科学家们相信所有星系都有位于中心位置的超大质量黑洞,但并不是所有的星系核都是活动星系核。例如,我们的银河系中心大质量黑洞就处于休眠状态。科学家们推测,活动星系核是通过一种称为吸积的过程,通过引力吸引气体和尘埃而变大。

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但并不是所有的这些物质都会吸积到黑洞中,一些粒子被加速,以射流的形式以窄光束的形式向外喷出。要将气体从星系系中排出并使其到达中心是很困难的,需要一些东西来震动星系,才能让气体到达那里。星系合并或碰撞是移动气体的最简单方式,如果有足够的气体移动,那么这个超大质量黑洞将变得极其明亮,并有可能形成喷流。研究团队的图像捕捉到了这两个星系,一个是被称为TXS2116-077的Seyfert 1星系。

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另一个质量相似的星系,因为它们因为图像中看到的气体量而第二次相撞。最终,所有的气体都将被排入太空,没有气体,星系就不能再形成恒星,没有气体,黑洞将关闭,星系将处于休眠状态。数十亿年后,我们的银河系将与仙女座星系合并。科学家们已经进行了详细的数值模拟,并预测这一事件可能最终导致一个巨大的椭圆星系形成。

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根据物质条件,可能会产生相对论喷流,但那是在遥远的未来。研究团队使用世界上最大的陆基望远镜之一,位于夏威夷山顶的斯巴鲁8.2米光学红外望远镜拍摄到了这张图像。然后利用西班牙海岸外拉帕尔马岛上的Gran Telescopio Canarias和William Herschel望远镜,以及NASA钱德拉X射线天文台太空望远镜进行了观测。

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