NASA的費米望遠鏡發(fā)現(xiàn)迄今為止最遙遠的耀變體

（原標題：NASA的費米望遠鏡發(fā)現(xiàn)迄今為止最遙遠的耀變體）

摘要：NASA的費米伽馬射線太空望遠鏡證認了5個最遙遠的伽馬射線耀變體（blazar）——一種具有由超大黑洞驅(qū)動的強烈噴射的星系。從最遙遠的一個耀變體發(fā)出來的光線在宇宙14億歲時，或者說接近10%的宇宙現(xiàn)在年齡的時候，開始了它駛向我們的旅程。

NASA的費米伽馬射線太空望遠鏡發(fā)現(xiàn)了迄今已知的5個最為遙遠的伽馬射線耀變體。費米探測到的光線在宇宙20億年的時候離開了這些星系（耀變體）。這些星系中的兩個孕育有十億倍太陽質(zhì)量的黑洞，對目前超大質(zhì)量黑洞這些怪獸能長多快的觀點提出了挑戰(zhàn)。

視頻來源：NASA戈達德太空飛行中心/制作者Scott Wiessinger

“盡管它們很年輕，這些遙遠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戈達德太空飛行中心的天文學(xué)家Roopesh Ojha說，“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的觀點，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程。”

Ojha于1月30日星期一，在華盛頓召開的美國物理學(xué)會會議上展示了這些發(fā)現(xiàn)，同時一篇描述這些結(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)了費米大天區(qū)望遠鏡（LAT）探測到的伽馬射線源中的大約一半。天文學(xué)家認為它們的高能輻射是由物質(zhì)從吸積盤落向具有數(shù)百萬倍太陽質(zhì)量的超大質(zhì)量黑洞時，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（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。當其中一束噴流正好幾乎朝向我們噴射的時候，耀變體在各種形式（各個波段）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)動的星系是NASA費米望遠鏡探測到最常見的源。當物質(zhì)落向星系中心的超大質(zhì)量黑洞時，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。當其中一束噴流恰好指向地球的時候，就像這里的插圖描繪的一樣，這個星系就表現(xiàn)得特別明亮，并被劃分為耀變體。

圖片來源：M. Weiss/CfA

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

接著，在2015年，費米團隊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)過了很多改進，以至于天文學(xué)家們評價說擁有了這些數(shù)據(jù)就好像擁有了一臺嶄新的設(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。

研究團隊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（戈達德中心的）Ojha。他們開始于在一個有140萬個類星體（quasar）的目錄中尋找最遙遠的源，類星體是一類與耀變體緊密聯(lián)系的星系。因為只有最明亮的目標才可以在巨大的宇宙距離上被探測到，他們接著只保留了列表中在射電波段最明亮的目標。對1100個目標的最終樣本，科學(xué)家們對所有目標檢視了LAT的數(shù)據(jù)，從而導(dǎo)致了5個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——紅移來表示，5個新耀變體的紅移值從3.3增加到4.31，這意味著我們現(xiàn)在探測到的它們的光線，分別在宇宙年齡為19億年和14億年的時候開始發(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、吸積盤光度，還有噴流功率?！盤aliya說。

這些耀變體中的兩個擁有十億或更多倍太陽質(zhì)量的黑洞。所有的這些源都擁有極端明亮的、釋放能量超過太陽能量輸出兩萬億倍的吸積盤。這意味著物質(zhì)在朝黑洞最后一跳之前是持續(xù)落入和被捕獲到盤中，并被加熱的。

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

與此同時，該團隊計劃繼續(xù)深度搜尋其他的目標。

“我們認為費米僅僅探測到了冰山一角——先前并未在伽馬射線被探測到的星系的最初樣本?！盇jello說。

NASA的費米伽馬射線太空望遠鏡是一項天體物理學(xué)和粒子物理學(xué)合作項目，與美國能源部合作開發(fā)，并且得到法國、德國、意大利、日本、瑞典和美國的學(xué)術(shù)機構(gòu)和伙伴的重要支持。

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