强磁场塑造双螺旋结构黑洞射流

近期一张椭圆星系梅西尔87的照片显示了一个具有螺旋瓶塞状结构的强大喷流。喷射流从位于星系中心的黑洞延伸8000光年。(图片来源:Pasetto等人，Sophia Dagnello, NRAO/AUI/NSF)

从一个超大质量黑洞喷射出的一股非凡的星系喷射流拥有一个螺旋瓶塞结构，新的地面望远镜的视图显示。

该黑洞位于一个名为梅西耶87 (M87)的椭圆星系的中心，距离地球大约5500万光年。这个黑洞——是第一个，也是唯一一个被拍到的——它的质量大约是太阳的65亿倍，并喷射出一股物质流，也被称为星系喷射。

利用美国国家科学基金会在新墨西哥州的卡尔·G·扬斯基甚大阵列(VLA)，天文学家发现，这个喷射流是由一个从M87中心黑洞延伸近3300光年的螺旋形磁场引导的。根据国家射电天文台的声明，这是迄今为止在星系喷射流中探测到的最长的磁场。

“得益于在梅西尔87 (M87)星系的几个不同的无线电波长拍摄高质量的VLA图像，我们能够首次揭示这一射流磁场的三维结构，”这项研究的主要作者、墨西哥国立自治大学的天文学家Alice Pasetto在声明中说。“喷流中的物质呈双螺旋结构，类似于DNA的结构。”

研究人员利用VLA的观测来追踪从喷流磁场结构发射出的无线电波的偏振或排列，以及射流不同部位的磁场强度。（Alice Pasetto的）说明中提到。

“螺旋磁场预计会靠近黑洞，并被认为在引导物质进入狭窄的射流中发挥了非常重要的作用，”该研究的联合作者、西班牙巴伦西亚大学的天文学家何塞·M·马蒂(Jose M. Marti)在声明中说。“但我们没想到会发现如此强大的螺旋场向外延伸这么远。”

在最近拍摄的M87的VLA图像中，螺旋形的磁力线从星系中心的黑洞延伸到3300光年。黑洞周围的磁场将能量和物质喷射到太空中。在本例中，VLA观测显示M87射流延伸了大约8000光年。

新的观测结果表明，射流内物质流动的不稳定可能会产生较高压力的区域。这反过来可以压缩磁力线，使它们在M87观测中所看到的极端距离处更有序，说明中提到。

更重要的是，磁场和银河射流中不稳定物质流动之间的相互作用被认为是导致M87最近观测到的双螺旋结构的原因。

“M87离我们相对较近，它的喷射流非常强大，使其成为绝佳的研究目标，”该研究的合著者、西班牙安达卢西亚天体物理研究所的天体物理学家何塞·L·戈麦斯(Jose L. Gomez)在声明中说。“它给我们提供的线索可以帮助我们理解这个宇宙中非常重要和普遍存在的现象。”

相关知识

室女A星系（也称为梅西耶87、M87或NGC 4486）最常见的是其英文缩写M87，常称之为“M87星系”。M87位在室女座，是巨大的椭圆星系，也是银河系附近几个质量最大星系其中之一，拥有几项受瞩目的特性，第一，其球状星团数量特别多──M87星系里共含12,000个球状星团，参考之下，环绕银河系的球状星团数量为150-200个。其二，该星系由核心发出一道向外延伸约1,500秒差距（4900光年）的高能等离子喷流，运动速度达相对论速度，与光速已相当接近。M87是天空中最明亮的电波源之一，也是专业及业余天文学者所热衷于观测和研究的目标。

法国天文学家查尔斯·梅西耶于1781年发现M87。热爱彗星观测的梅西耶当时是为了协助同好避免在观测时常误将彗星与其他天体混淆，所以编制一份星云列表，M87名列表上编号第87个[3]。M87是室女星系团北方次明亮的星系，距离地球1,640万秒差距（5,350万光年）。和盘状的螺旋星系不同的是，M87并没有明显尘埃带 ，外观呈椭圆形，几乎没有任何特殊形状，亮度分布和典型的椭圆星系一样，由星系中心向外递减，越外亮度越暗。M87的恒星占其质量大约六分之一，呈球状对称分布，恒星分布密度，由星系核心向外呈递减，越靠外围的恒星密度越低。

位在星系中心是其超大质量黑洞，也是活跃星系核的主成分，该天体在各波段都发出强烈辐射，尤其电波波段。M87的星系外壳（galactic envelope）延展宽达150kpc（49万光年）远，然后中断，中断原因可能是和另一星系发生碰撞。恒星之间有弥散星际介质气体，丰富的化学元素是由演化后期恒星（evolved star）贡献。

1997年在德国泰根塞曾以“电波星系M87”为主题举办过一次学术专门讨论会；20年后，为了庆祝“宇宙喷流发现百周年”，2016年天文学家再度会集于台湾台北，扩大讨论黑洞、喷流、宇宙学相关领域最新研究进展。

BY: Samantha Mathewson

FY: 龙城D哥

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