NASA的費(fèi)米望遠(yuǎn)鏡發(fā)現(xiàn)迄今為止最遙遠(yuǎn)的耀變體

（原標(biāo)題：NASA的費(fèi)米望遠(yuǎn)鏡發(fā)現(xiàn)迄今為止最遙遠(yuǎn)的耀變體）

摘要：NASA的費(fèi)米伽馬射線太空望遠(yuǎn)鏡證認(rèn)了5個(gè)最遙遠(yuǎn)的伽馬射線耀變體（blazar）——一種具有由超大黑洞驅(qū)動(dòng)的強(qiáng)烈噴射的星系。從最遙遠(yuǎn)的一個(gè)耀變體發(fā)出來(lái)的光線在宇宙14億歲時(shí)，或者說(shuō)接近10%的宇宙現(xiàn)在年齡的時(shí)候，開(kāi)始了它駛向我們的旅程。

NASA的費(fèi)米伽馬射線太空望遠(yuǎn)鏡發(fā)現(xiàn)了迄今已知的5個(gè)最為遙遠(yuǎn)的伽馬射線耀變體。費(fèi)米探測(cè)到的光線在宇宙20億年的時(shí)候離開(kāi)了這些星系（耀變體）。這些星系中的兩個(gè)孕育有十億倍太陽(yáng)質(zhì)量的黑洞，對(duì)目前超大質(zhì)量黑洞這些怪獸能長(zhǎng)多快的觀點(diǎn)提出了挑戰(zhàn)。

視頻來(lái)源：NASA戈達(dá)德太空飛行中心/制作者Scott Wiessinger

“盡管它們很年輕，這些遙遠(yuǎn)的耀變體中仍宿有一些已知的質(zhì)量最大的黑洞?！?馬里蘭州格林貝爾特的NASA戈達(dá)德太空飛行中心的天文學(xué)家Roopesh Ojha說(shuō)，“這些黑洞在宇宙歷史中發(fā)展得如此之早，挑戰(zhàn)了現(xiàn)有的關(guān)于超大質(zhì)量黑洞如何形成和生長(zhǎng)的觀點(diǎn)，而我們想要找到更多這樣的天體，以幫助我們更好地理解這些過(guò)程?！?/p>

Ojha于1月30日星期一，在華盛頓召開(kāi)的美國(guó)物理學(xué)會(huì)會(huì)議上展示了這些發(fā)現(xiàn)，同時(shí)一篇描述這些結(jié)果的論文已被提交到天體物理學(xué)雜志通訊（The Astrophysical Journal Letters）。

耀變體占據(jù)了費(fèi)米大天區(qū)望遠(yuǎn)鏡（LAT）探測(cè)到的伽馬射線源中的大約一半。天文學(xué)家認(rèn)為它們的高能輻射是由物質(zhì)從吸積盤(pán)落向具有數(shù)百萬(wàn)倍太陽(yáng)質(zhì)量的超大質(zhì)量黑洞時(shí)，被加熱和撕扯而發(fā)出的。落入物質(zhì)的一小部分被改變方向成為一對(duì)（兩束）粒子噴流，以接近光速的速度朝相反的方向向外爆發(fā)噴出。當(dāng)其中一束噴流正好幾乎朝向我們噴射的時(shí)候，耀變體在各種形式（各個(gè)波段）的光都表現(xiàn)得很明亮，包括最高能的光——伽馬射線 。

被稱為耀變體的黑洞驅(qū)動(dòng)的星系是NASA費(fèi)米望遠(yuǎn)鏡探測(cè)到最常見(jiàn)的源。當(dāng)物質(zhì)落向星系中心的超大質(zhì)量黑洞時(shí)，其中一些被向外沿著相反方向的兩束噴流加速到接近光速。當(dāng)其中一束噴流恰好指向地球的時(shí)候，就像這里的插圖描繪的一樣，這個(gè)星系就表現(xiàn)得特別明亮，并被劃分為耀變體。

圖片來(lái)源：M. Weiss/CfA

此前，由費(fèi)米探測(cè)到的最遙遠(yuǎn)的耀變體在宇宙21億歲的時(shí)候向我們發(fā)出光芒。更早的觀測(cè)顯示，大部分遙遠(yuǎn)的耀變體產(chǎn)生的光線能量正好在LAT和目前的X射線衛(wèi)星可探測(cè)的能量范圍之間，使得找到它們極為困難。

接著，在2015年，費(fèi)米團(tuán)隊(duì)釋放了一套完整的重新處理的全部LAT數(shù)據(jù)，叫做Pass 8，它經(jīng)過(guò)了很多改進(jìn)，以至于天文學(xué)家們?cè)u(píng)價(jià)說(shuō)擁有了這些數(shù)據(jù)就好像擁有了一臺(tái)嶄新的設(shè)備。LAT在更低能量具有的更高的靈敏度提高了找到更多耀變體的概率。

研究團(tuán)隊(duì)由南卡羅琳娜州的克萊姆森大學(xué)（Clemson University）的Vaidehi Paliya和Marco Ajello領(lǐng)導(dǎo)，還包括位于羅馬的意大利航天局科學(xué)數(shù)據(jù)中心的Dario Gasparrini，以及（戈達(dá)德中心的）Ojha。他們開(kāi)始于在一個(gè)有140萬(wàn)個(gè)類星體（quasar）的目錄中尋找最遙遠(yuǎn)的源，類星體是一類與耀變體緊密聯(lián)系的星系。因?yàn)橹挥凶蠲髁恋哪繕?biāo)才可以在巨大的宇宙距離上被探測(cè)到，他們接著只保留了列表中在射電波段最明亮的目標(biāo)。對(duì)1100個(gè)目標(biāo)的最終樣本，科學(xué)家們對(duì)所有目標(biāo)檢視了LAT的數(shù)據(jù)，從而導(dǎo)致了5個(gè)新的伽馬射線耀變體的發(fā)現(xiàn)。

如果用天文學(xué)家們偏好的深邃宇宙的度量——紅移來(lái)表示，5個(gè)新耀變體的紅移值從3.3增加到4.31，這意味著我們現(xiàn)在探測(cè)到的它們的光線，分別在宇宙年齡為19億年和14億年的時(shí)候開(kāi)始發(fā)出。

“一旦我們發(fā)現(xiàn)了這些源，我們就收集關(guān)于它們的所有可獲取的多波段數(shù)據(jù)，并且推斷出其性質(zhì)，如黑洞質(zhì)量、吸積盤(pán)光度，還有噴流功率?！盤(pán)aliya說(shuō)。

這些耀變體中的兩個(gè)擁有十億或更多倍太陽(yáng)質(zhì)量的黑洞。所有的這些源都擁有極端明亮的、釋放能量超過(guò)太陽(yáng)能量輸出兩萬(wàn)億倍的吸積盤(pán)。這意味著物質(zhì)在朝黑洞最后一跳之前是持續(xù)落入和被捕獲到盤(pán)中，并被加熱的。

“現(xiàn)在最主要的問(wèn)題是，這些巨大的黑洞是如何在一個(gè)如此年輕的宇宙中就已經(jīng)形成了的?！盙asparrini說(shuō)，“我們不知道是什么機(jī)制觸發(fā)了它們的迅速成長(zhǎng)。”

與此同時(shí)，該團(tuán)隊(duì)計(jì)劃繼續(xù)深度搜尋其他的目標(biāo)。

“我們認(rèn)為費(fèi)米僅僅探測(cè)到了冰山一角——先前并未在伽馬射線被探測(cè)到的星系的最初樣本。”Ajello說(shuō)。

NASA的費(fèi)米伽馬射線太空望遠(yuǎn)鏡是一項(xiàng)天體物理學(xué)和粒子物理學(xué)合作項(xiàng)目，與美國(guó)能源部合作開(kāi)發(fā)，并且得到法國(guó)、德國(guó)、意大利、日本、瑞典和美國(guó)的學(xué)術(shù)機(jī)構(gòu)和伙伴的重要支持。

(作者：Francis Reddy，NASA戈達(dá)德太空飛行中心 翻譯：Yu-Ming)