發現磁反轉的超大質量黑洞


黑洞是宇宙中的強力引擎,它們提供類星體和其它活躍星系核的能量,從本質上來說,黑洞本身並沒有磁場,但黑洞周圍密集的等離子體在繞著黑洞旋轉時,其中的帶電粒子會產生電流和磁場。

等離子體的流動方向不會自發性地改變,所以科學家首先就認為黑洞的磁場是非常穩定的,但是這次見到磁場逆轉證據時,科學家都相當驚訝。磁場的方向翻轉這件事,在恆星中很常見,例如:我們的太陽磁場每11年左右就會逆轉一次,甚至地球每隔幾十萬年也會發生磁極倒轉的現象,但磁極逆轉認為不太可能存在於超大質量黑洞中。

2018年,2.39億光年外,名為1ES 1927+654的星系在可見光波段變亮了一百倍,在發現不久後,尼爾·格雷爾斯雨燕天文台(Neil Gehrels Swift Observatory)捕捉到它在X射線及紫外光波段的光芒,經過數據分析,科學家發現該星系實際上是在2017年底就開始變亮。

當時認為這種快速變亮是由於一顆恆星經過超大質量黑洞時,近距離接觸引起的潮汐破壞事件,撕裂恆星擾亂黑洞吸積盤從而產生這次的高亮反應,但這次的新研究卻不是如此。

研究團隊觀察從電波到X射線的相關資料,其中X射線波段的強度比往常下降的更劇烈,X射線通常是由帶電粒子在強磁場中盤旋產生的,這顯示黑洞附近的磁場產生了異常變化,與此同時,可見光及紫外光波段的強度卻增加了,這不是潮汐破壞事件的典型反應,反倒是磁場逆轉才更符合這樣子的資料。

當黑洞吸積盤歷經磁場逆轉時,磁場在吸積盤的外緣減弱,因此磁盤可以更有效地加熱,磁場一旦減弱,帶電粒子產生的X射線就越少,直到磁場完成反轉之後,盤面又回到原來的狀態。這是第一次觀測到星系黑洞的磁反轉,但究竟有多普遍,還需要更多的觀測才能確定。

【圖:美國太空總署;文:節錄自台北市立天文科學教育館網頁】研究全文刊登在2022年3月14日出版的 arXiv 論文預印本網站;標題是:A radio, optical, UV and X-ray view of the enigmatic changing look Active Galactic Nucleus 1ES~1927+654 from its pre- to post-flare states

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