南卡羅來納州克萊姆森–克萊姆森大學的科學家與一個國際天文學家團隊合作，確定了11個活躍星系的週期性伽馬射線發射情況，為將來可能在其中心藏有兩個超大質量黑洞的非常規星系的研究鋪平了道路。
大多數星系的中心有個黑洞這件事對於天文學家來説並不是什麼很少見的情況，但是，擁有兩個黑洞的星系仍然只是理論上的東西。
該小組的研究結果發表在《天體物理學雜誌》上，論文標題為“系統搜索費米大面積望遠鏡檢測到的活躍銀河核中的伽馬射線週期性。”（《The Astrophysical Journal》， “Systematic search for gamma-ray periodicity in active galactic nuclei detected by the Fermi Large Area Telescope.”）
該研究的主要作者，西班牙馬德里康普魯坦斯大學的博士帕勃羅·佩尼爾（PabloPeñil）説：“一般來説，超大質量黑洞的特徵是其超過太陽質量一百萬倍的質量。在這些超大質量黑洞中，一些黑洞被稱為活動星系核（active galactic nuclei, AGN），它們可以在稱為射束的準直光束①中將粒子加速到接近光速。 這些射束②的輻射在整個電磁頻譜中都可以檢測到，但是它們的大部分能量以伽馬射線的形式釋放。
伽瑪射線是最“接近臨界點”的光形式③，可通過NASA費米伽瑪射線太空望遠鏡上的大面積望遠鏡檢測到。 活動星系核AGN的特徵在於亮度的突然和不可預測的變化。
佩尼爾説：“識別出它們的伽馬射線輻射的規律性圖案就像看着波濤洶湧的大海，尋找由一艘小船通過所引起的微小的一組規則的波浪。” “這的確非常具有挑戰性。”
該小組完成了困難的第一步，即識別出數年來會週期性發射（上文中的伽瑪射線）的大量星系，並且正在嘗試尋找在這些AGN中導致其週期性（發射伽馬射線）行為的原因。一些潛在的解釋的確很有趣。
克萊姆森大學科學學院物理系和天文系副教授Marco Ajello説：“下一步將是與其他望遠鏡一起準備觀測活動，以密切關注這些星系，並希望能夠闡明這些令人不得不信服的觀測背後的原因。我們有幾種可能性，從射束產生的燈塔效應到物質向黑洞流動的改變，但是這有一個非常有趣的解決方案-這週期性的發射現象是由一對彼此圍繞旋轉的超大質量黑洞產生的。瞭解這些黑洞與周圍環境的關係對於完整了解星系形成至關重要。”
根據費米-拉特（Fermi-LAT）的十年如一日的觀察，該團隊得以識別以幾年為週期重複出現的伽馬射線信號。平均來説，這些型號發射大約每兩年重複一次。
“我們的研究是迄今為止在尋找伽馬射線的週期性方面最完整的工作，這項研究將有助於得出有關這種特殊行為原因的見解，”Peñil博士的同事，也是馬德里的主管，克萊姆森（Clemson）阿杰洛（Ajello）研究小組的前博士後研究員Alberto Domínguez説。。 “我們使用了連續9年的LAT全天候觀測。 在被研究的的2000多個AGN中，只有大約12個由於這種有趣的週期性輻射‘脱穎而出’。”
展開這些週期性發射的有限樣本是理解這些星系中潛在物理反應的重要飛躍。
“以前，只有兩種耀變體④會顯示出其伽馬射線亮度的週期性變化。 根據我們的研究，我們可以自信地説這種現象在其他11種來源中也存在。此外，我們的研究還發現了其他13個具有周期性發射跡象的星系。 但是要自信地確認這一點，我們需要等待Fermi-LAT收集更多數據。”
圖1：活動星系核示意圖
圖2：擁有兩個黑洞的星系示意圖
①：準直光束：保持光線之間平行的光束。通常光線是發散的，即開始相鄰的兩條光線傳播後會相離越來越遠。準直通俗説就是保持光線之間是平行的。
②：射束（jet）：一道粒子或能量的流束，較細的射束（beam）也被稱為射線（ray）。
③：伽瑪射線由於其波長極短，穿透力強，能量極高，可能會被稱為“最靠近臨界點”或“最極端”的射線。
④：耀變體：一種密度極高的高變能量源，被假定為是處於寄主星系中央的超大質量黑洞。耀變體是目前已觀測到的宇宙中最劇烈的天體活動現象之一，並已成為星系天文學的一個重要話題。 耀變體是眾多活躍星系中的一種，也被稱為活躍星系核。
作者: Marco Ajello
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