NASA的費米望遠鏡發現迄今為止最遙遠的耀變體

（原標題：NASA的費米望遠鏡發現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動的強烈噴射的星系。從最遙遠的一個耀變體發出來的光線在宇宙14億歲時，或者說接近10%的宇宙現在年齡的時候，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現了迄今已知的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量的黑洞，對目前超大質量黑洞這些怪獸能長多快的觀點提出了挑戰。

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家Roopesh Ojha說，“這些黑洞在宇宙歷史中發展得如此之早，挑戰了現有的關于超大質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會會議上展示了這些發現，同時一篇描述這些結果的論文已被提交到天體物理學雜志通訊（The Astrophysical Journal Letters）。

耀變體占據了費米大天區望遠鏡（LAT）探測到的伽馬射線源中的大約一半。天文學家認為它們的高能輻射是由物質從吸積盤落向具有數百萬倍太陽質量的超大質量黑洞時，被加熱和撕扯而發出的。落入物質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動的星系是NASA費米望遠鏡探測到最常見的源。當物質落向星系中心的超大質量黑洞時，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出光芒。更早的觀測顯示，大部分遙遠的耀變體產生的光線能量正好在LAT和目前的X射線衛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數據，叫做Pass 8，它經過了很多改進，以至于天文學家們評價說擁有了這些數據就好像擁有了一臺嶄新的設備。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（Clemson University）的Vaidehi Paliya和Marco Ajello領導，還包括位于羅馬的意大利航天局科學數據中心的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，科學家們對所有目標檢視了LAT的數據，從而導致了5個新的伽馬射線耀變體的發現。

如果用天文學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出。

“一旦我們發現了這些源，我們就收集關于它們的所有可獲取的多波段數據，并且推斷出其性質，如黑洞質量、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。這意味著物質在朝黑洞最后一跳之前是持續落入和被捕獲到盤中，并被加熱的。

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

與此同時，該團隊計劃繼續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。”Ajello說。

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

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