来自活动星系核心的伽玛射线

原文标题：Gamma rays from the core of active galaxies   原文来自：Max-Planck-Institut Gesellschaft   Posted: 2014. 5. 23

编译：Melipal    审校：Linq 

观测表明，在活动星系的核心区域存在爆发事件。

耀变体是宇宙中最为庞大、能量最高的天体之一。物质喷流从这些活动星系的核心区域射出，伴随着强烈的伽玛射线耀发。由德国波恩马普射电天文所的拉尔斯·富尔曼（Lars Fuhrmann）领导的一个国际小组现在第一次在数个射电频段上证实了伽玛射线耀发的成协射电对应体。而且研究者还解决了耀发的起源之谜：它们来自耀变体中央特大质量黑洞的附近。

远方某些特殊的活动

星系及其最内层区域发生着极端的物理过程。在旋转着的特大质量黑洞（质量相当于太阳的数十亿倍）附近，有海量的能量被释放出来，往往呈现最高能光子的形式——能量相当于百万甚至十亿电子伏特的高能伽玛光子。这样的能量输出是由黑洞吸积周围恒星、气体 尘埃产生的。物质螺旋落入黑洞，强烈的磁场引导部分下落气体形成两道高准直性的强有力“喷流”，喷流由从中心加速而出的等离子体组成，其速度接近光速。目前人们尚未详细了解相关的物理过程，如高能伽玛光子的产生及其在喷流内部的发源地，还有跨越整个电磁波谱的强烈爆发的起源等等。几乎同时覆盖相当一部分电磁波谱的新型仪器以及观测计划可以让人们获取有关这些天体极端物理的新知。

宇宙发电站：艺术家笔下的活动星系核区。由吸积物质（棕色和黄色）组成的盘面螺旋进入中央的特大质量黑洞（黑色）。一道强有力的准直射电喷流（蓝色）从垂直于盘面的方向射出。在喷流内，有伽玛射线光子产生。新的发现说明，伽玛射线辐射源自射电喷流最内层的区域（白色）。对于活动星系3C 454.3来说，论文作者估计，这一区域距离特大质量黑洞只有几光年。该星系位于飞马座，它发出的光线要花费大约70亿年才能抵达地球。

小组使用了世界上3架最先进的射电望远镜，包括100米埃费尔斯贝格（Effelsberg）天线、30米IRAM天线以及12米APEX天线，它们几乎同时覆盖了11个射电波段（也就是所谓的费米伽玛射线天文台AGN多频率监测联盟即F-GAMMA计划），因此小组可以在多年的时间里监测大约60个强有力的活动星系频繁的射电爆发。马普射电天文所（MPIfR）的所长安东·琴索斯（Anton Zensus）兼费米望远镜附属科学家说：“自从上世纪90年代康普顿伽玛射线EGRET仪器工作以来，人们就在讨论射电爆发是否与伽玛射线的类似事件存在物理关联。现在结合F-GAMMA以及费米的长期数据，还有特殊的数据处理技术，我们终于得到了答案！”

望远镜四重奏：用于获取射电和伽玛射线数据的望远镜包括埃费尔斯贝格天线、APEX、费米望远镜以及IRAM。

在F-GAMMA计划获取的射电数据之外，研究小组还使用2008年发射的NASA费米伽玛射线空间望远镜的观测数据，以及用于合计射电和伽玛射线的新式统计方法。斯德哥尔摩大学的斯蒂芬·拉尔森（Stefan Larsson）解释说：“看到统计噪音得到抑制，平均的相关性浮出水面是非常有启发性的。”他继续说道：“这最终说明了哪怕使用不同的射电频率，显著的相关性也确实存在。”这项研究还进一步说明，射电爆发抵达望远镜的时间要比成协的伽玛射线更晚，平均延迟时间是6到7日。MPIfR的依曼努依尔·安吉拉基斯（Emmanouil Angelakis）补充说：“我们第一次看到了，随着射电频率升高，射电延迟平滑减少。这告诉我们伽玛光子是来自发射射电辐射的喷流最内侧的。”

小组通过测量到的时间延迟，最终估算出射电和伽玛射线耀发区域之间的距离是10光年或者更近。论文的第一作者、MPIfR的拉尔斯·富尔曼骄傲地报告称：“基于对时间延迟的测量，我们可以估计出最明亮的一个伽玛射线活动星系核3C 454.3产生伽玛光子的区域距离特大质量黑洞应该有多远。我们说的这个距离只有几光年——距离喷流的足点以及黑洞本身非常近！”他又补充说：“这对于产生伽玛光子的物理机制来说有重大意义！”同时小组继续联合各望远镜来观测宇宙以搜集更多的数据和事件，进行详细的后续研究。

（全文完）