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第20章 ss 433(第3页)

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通过观测喷流中“结”

(knots,喷流中的不稳定性结构)的多普勒位移,天文学家计算出喷流的视向速度约为78万公里秒(026c)。

更关键的是,喷流的真实速度可能更高——由于相对论性束流效应(beageffect),喷流的光集中在运动方向的小角度内,导致我们观测到的速度是“投影速度”

32喷流的结构:螺旋状的“宇宙纤维”

ss433的喷流不是笔直的,而是螺旋形的,螺距约01光年(约6x1013米)。

这种结构通过以下观测证实:-射电干涉仪(vlbi):分辨率达0001角秒,能看到喷流中的“纤维结构”

,每个纤维的直径约101?厘米(相当于地球到太阳距离的11000),沿着螺旋轨迹延伸;-光学光谱:喷流中的“结”

呈现蓝移(向地球运动)和红移(远离地球)交替的分布,对应螺旋结构的旋转;-x射线(chandra卫星):喷流中的热点(温度~10?k)沿螺旋轨迹分布,说明喷流物质在高速运动中与星际介质碰撞,产生激波加热。

33喷流的成分:等离子体与磁场ss433的喷流主要由电离等离子体(氢、氦的离子和电子)组成,同时包含强磁场(约100高斯,比地球磁场强10?倍)。

磁场的作用至关重要:-准直喷流:磁场将等离子体限制在狭窄的喷流通道中,防止物质向四周扩散;-加速物质:磁离心力(agocentrifugalforce)将等离子体沿磁轴方向加速到相对论性速度;-产生辐射:电子在磁场中做螺旋运动,产生同步辐射(x射线和射电辐射的主要来源)。

四、喷流的形成机制:黑洞吸积盘的“能量释放”

ss433的喷流,本质是黑洞吸积过程的“副产品”

——吸积盘的能量通过磁场转化为喷流的动能。

其形成机制可分为三步:41第一步:吸积盘的形成与加热伴星的物质被黑洞撕裂后,形成吸积盘。

吸积盘内的物质通过粘滞力(vissity)向内旋转,引力能转化为热能,使盘内核温度高达10?k。

42第二步:磁场的“缠绕”

与喷流的启动吸积盘的旋转会带动周围的星际磁场一起缠绕,形成“磁通量管”

(fxtube)。

当磁通量管的扭矩超过吸积盘的束缚力时,等离子体会沿磁轴方向被“弹出”

,形成初始喷流。

43第三步:相对论性加速与准直初始喷流中的等离子体,通过磁离心力进一步加速到相对论性速度。

同时,强磁场将等离子体约束在狭窄的通道中,形成准直的喷流。

由于黑洞自转轴与轨道平面有20度夹角,喷流方向随轨道周期旋转,形成螺旋结构。

五、科学意义:微类星体的“宇宙实验室”

ss433的发现,不仅是天文学的“新物种”

,更是研究相对论性喷流的“活教材”

它的意义,远超一颗普通黑洞系统:51证明恒星质量黑洞也能产生相对论性喷流此前,类星体的喷流被认为是星系级黑洞(10?-10?☉)的专属。

ss433证明,恒星质量黑洞(10☉)也能通过吸积产生相对论性喷流——只是尺度更小,速度稍低(类星体喷流速度可达09c以上)。

52揭示相对论性喷流的形成机制,!

ss433的喷流结构(螺旋、准直、相对论性速度),为研究喷流的形成提供了“小尺度模型”

天文学家通过对比ss433与类星体的喷流,发现两者的机制高度相似:-都由黑洞吸积盘驱动;-都依赖磁场准直喷流;-都产生相对论性束流效应。

53研究喷流与星际介质的相互作用ss433的喷流长度达10万天文单位,足以与周围的星际介质(稀薄的气体和尘埃)相互作用。

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