“悟空”捕获第一个“小妖”:来自宇宙深处黑洞的活动(转)

Cited: http://www.pmo.ac.cn/xwzx/twkx/201701/t20170103_4731195.html

宇宙中广泛存在 着一类称作超大质量黑洞的天体,几乎在每个大星系的中心(包括我们所处的银河系)都存在至少一个这样的黑洞。它们的质量大到数百亿倍太阳质量,小的也有数 十万倍太阳质量。特别是有些巨型黑洞在宇宙极早期就已经存在了。它们如何形成,如何随着宇宙演变,如何反作用于星系演化等都是未解之谜。这些黑洞是不折不 扣的宇宙“妖怪”。其中有一类这样的黑洞在大量地“吞噬”着其周围物质,“吞噬”过程中物质聚集形成吸积盘并且产生强有力的喷流,使其表现得异常明亮。这 一类天体称作活动星系核,它们占所有星系的比例不到10%。

   CTA 102便是这样一个活动星系核,它的红移为1.037,对应的距离(光穿行距离)大约80亿光年,黑洞质量约8.5亿倍太阳质量。关于CTA 102,历史上还有一个有趣的故事。1963年CTA 102第一次在无线电波段被发现时,人们曾经一度认为这就是外星文明发出的信号。甚至当后来看到变化的无线电信号时,还有人认为是高级智慧文明在作祟。进 一步的观测发现它其实是一个活跃的黑洞,在吸积物质的时候形成巨大的喷流,产生相对论性粒子并辐射出从无线电直至伽马射线波段的电磁波。图1为通过甚长基 线干涉阵在无线电波段“看”到的CTA 102产生的巨大喷流。

图1. CTA 102的射电喷流(图片来源:http://www.physics.purdue.edu/MOJAVE/)。

   CTA 102并不一直大吃大喝,上一次比较剧烈的活动发生在2012年。2016年10月份以来,光学观测发现CTA 102开始处于新一轮活跃状态。它的亮度由平静时期的16到17等(“星等”是衡量星星亮度的单位,越小越亮)增亮至13等以上,最亮的时候达到11等 多,很多业余天文爱好者使用小型望远镜便足以看到它。

   我国于2015年底发射的暗物质粒子探测卫星“悟空”,主要目标就是通过空间观测宇宙射线和伽马射线来探索宇宙暗物质和类似黑洞这样的宇宙“妖怪”。自 今年10月份以来“悟空”频繁地捕捉到来自CTA 102的伽马射线辐射,特别是自11月23号开始“悟空”记录到明显增强的伽马射线爆发现象,在12月16日达到峰值(图2)。我们记录到的最高光子能量 为约620亿电子伏特,相当于静止质子等效能量的66倍。根据“悟空”此前记录的数据我们还发现在今年4月至6月,当CTA 102第一次进入“悟空”视场时就已经有较低水平的辐射。中科院紫金山天文台的1米近地天体巡天望远镜也观测到CTA 102的此轮爆发,在2016年6月18日记录到的亮度约15.7等,8月29日增至14.8等,12月19日、20日进一步增亮至约12等。我们将对 CTA 102的活动予以持续监测。

图2. “悟空”记录到CTA 102发出的伽马射线事例。

  CTA 102是“悟空”捕获的第一个“小妖”。借助其火眼金睛,我们相信在未来它必将抓获更多的各色宇宙“妖怪”,为我们认识宇宙万象提供有力的帮助。

   “悟空”的观测结果已经在The Astronomer’s Telegram(天文学家电报)上发布(http://www.astronomerstelegram.org/?read=9901)。该项工作主 要得到科技部国家重点研发计划和中国科学院B类先导专项的资助。

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