用100个新描述的blazars测试超大质量黑洞理论

宾夕法尼亚州立大学的研究人员从以前未分类的高能宇宙发射目录中新描述了一百多个耀变体 - 具有驱动强大喷气机的中心超大质量黑洞的遥远而活跃的星系。新的耀变体相对于更典型的blazars是暗淡的，使研究人员能够测试一个有争议的blazar发射理论，为我们对黑洞生长的理解，甚至是广义相对论和高能粒子物理学的理论提供信息。

一篇描述blazars和理论的论文已被接受发表在“天体物理学杂志”上，同行评审的接受版本出现在预印本服务器arXiv上。

超大质量黑洞的质量可能是太阳质量的数百万或数十亿倍。在某些情况下，黑洞事件视界之外的物质以喷气式飞机推进，加速到接近光速，并向宇宙发送辐射。当喷流碰巧直接指向地球时，该系统通常被称为耀变体。

“因为耀变体的射流直接指向我们，我们可以从比其他黑洞系统更远的地方看到它们，类似于手电筒在你直接看它时看起来最亮的样子，”宾夕法尼亚州立大学天文学和天体物理学研究生Stephen Kerby说。

“耀变体的研究令人兴奋，因为它们的特性使我们能够回答有关整个宇宙中超大质量黑洞的问题。在这项研究中，我们使用相对较新的方法来表征106个暗淡的blazars，并测试了一种称为“blazar序列”的有争议的理论的预测。

Blazars在整个电磁波谱中发光，从低能量波长(如无线电，红外和可见光)到高能量波长(如X射线和伽马射线)。当天文学家研究对这些发射的观测时，他们通常会看到两个宽峰，一个在伽马射线中，另一个在较低能量波长。

这些峰的波长和强度因耀变体和时间而异。由“耀变体序列”定义的耀变体总体理论预测，平均而言，较亮的blazar的较低能量峰值将比较暗的blazars更红 - 能量较低，而暗淡blazar的较低能量峰值将更蓝 - 更高的能量。

“一些最令人兴奋和极端的耀变体是通过检测它们的伽马射线发射发现的，但如果没有进一步的多波长观测，我们通常无法对这些物体进行分类或理解，”天文学和天体物理学研究教授Abe Falcone说。

“使用我们目前运行的望远镜，实际上很难探测和分类低能量的峰值 - 红色 - 耀变体，它们也很暗淡，而当它们的峰值处于较高能量或明亮时，更容易找到这些耀变体。因此，通过这项研究，我们正在最大限度地减少选择偏差，并通过深入研究低能量和高能量峰值耀变体的较低亮度来探索blazar序列。

研究人员与宾夕法尼亚州立大学天文学和天体物理学副研究教授阿曼普雷特·考尔(Amanpreet Kaur)一起，先前从费米大面积望远镜探测到的伽马射线源目录中确定了潜在的耀变体，其中许多尚未与可能来自同一来源的低能量排放配对。

对于每一个耀变体，研究人员随后确定了X射线，紫外线和光学中的这些对应辐射 - 由Neil Gehrels Swift天文台检测到，其任务运营中心位于宾夕法尼亚州立大学 - 以及来自档案数据的红外和无线电发射。交叉引用这些信息最终使研究人员能够表征106个新的，昏暗的耀变体的光谱。

“斯威夫特望远镜的观测使我们能够比单独的费米数据更精确地确定这些耀变体的位置，”Kerby说。“将所有这些发射数据汇集在一起，结合两种新技术方法，帮助我们确定每个耀变体在电磁频谱中出现低能量峰值的位置，例如，这可以提供有关射流磁场强度的信息，带电粒子移动的速度以及其他信息。

为了确定这个峰值发生在昏暗的耀变体中的位置，研究人员使用了机器学习和直接物理拟合方法，根据Kerby的说法，每种方法都有优点和缺点。机器学习方法过滤掉实际上可能是噪声的辐射，例如来自银河系中的尘埃或其他恒星的光。直接的物理拟合方法不能过滤掉噪音，而且使用起来要困难得多，但提供了blazar喷气式飞机的更详细的属性。

“对于这两种方法，我们的暗炫耀样本的发射通常在蓝色，高能量的光线中达到峰值，尽管拟合方法产生的极端值较少，”Kerby说。

“这与blazar序列一致，并扩展了我们对这种模式的了解。然而，仍然有一千个费米无关源，我们没有发现X射线对应物，这是一个相当安全的假设，其中许多来源也是耀变体，在X射线中太暗了，我们无法检测到。我们可以利用我们在这里学到的关于这些耀变体谱形状的经验教训来预测仍然太暗而无法检测到的blazar，这将进一步测试blazar序列。

新耀变体的目录可供其他天文学家详细研究。

“重要的是要始终努力扩展我们的数据集以达到更暗和更暗的来源，因为它使我们的理论更完整，更不容易因意外偏见而失败，”Kerby说。“我很高兴新的望远镜在未来探测到更暗的耀变体。

根据研究人员的说法，研究超大质量黑洞也提供了一种理解宇宙物理理论的独特方法。

“超大质量黑洞及其周围环境是宇宙实验室，比我们在地球上的粒子加速器中产生的任何东西都更有活力，”法尔科内说。“它们为我们提供了研究相对论的机会，更好地了解粒子在高能量下的行为，研究到达地球上的宇宙射线的潜在来源，以及研究超大质量黑洞及其喷流的演化和形成。