NASA的费米望远镜发现迄今为止最遥远的耀变体

NASA的费米伽马射线太空望远镜证认了5个最遥远的伽马射线耀变体（blazar）——一种具有由超大黑洞驱动的强烈喷射的星系。从最遥远的一个耀变体发出来的光线在宇宙14亿岁时，或者说接近10%的宇宙现在年龄的时候，开始了它驶向我们的旅程。

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NASA的费米伽马射线太空望远镜发现了迄今已知的5个最为遥远的伽马射线耀变体。费米探测到的光线在宇宙20亿年的时候离开了这些星系（耀变体）。这些星系中的两个孕育有十亿倍太阳质量的黑洞，对目前超大质量黑洞这些怪兽能长多快的观点提出了挑战。

视频来源：NASA戈达德太空飞行中心/制作者Scott Wiessinger

“尽管它们很年轻，这些遥远的耀变体中仍宿有一些已知的质量最大的黑洞。” 马里兰州格林贝尔特的NASA戈达德太空飞行中心的天文学家Roopesh Ojha说，“这些黑洞在宇宙历史中发展得如此之早，挑战了现有的关于超大质量黑洞如何形成和生长的观点，而我们想要找到更多这样的天体，以帮助我们更好地理解这些过程。”

Ojha于1月30日星期一，在华盛顿召开的美国物理学会会议上展示了这些发现，同时一篇描述这些结果的论文已被提交到天体物理学杂志通讯（The Astrophysical Journal Letters）。

耀变体占据了费米大天区望远镜（LAT）探测到的伽马射线源中的大约一半。天文学家认为它们的高能辐射是由物质从吸积盘落向具有数百万倍太阳质量的超大质量黑洞时，被加热和撕扯而发出的。落入物质的一小部分被改变方向成为一对（两束）粒子喷流，以接近光速的速度朝相反的方向向外爆发喷出。当其中一束喷流正好几乎朝向我们喷射的时候，耀变体在各种形式（各个波段）的光都表现得很明亮，包括最高能的光——伽马射线 。

被称为耀变体的黑洞驱动的星系是NASA费米望远镜探测到最常见的源。当物质落向星系中心的超大质量黑洞时，其中一些被向外沿着相反方向的两束喷流加速到接近光速。当其中一束喷流恰好指向地球的时候，就像这里的插图描绘的一样，这个星系就表现得特别明亮，并被划分为耀变体。

图片来源：M. Weiss/CfA

此前，由费米探测到的最遥远的耀变体在宇宙21亿岁的时候向我们发出光芒。更早的观测显示，大部分遥远的耀变体产生的光线能量正好在LAT和目前的X射线卫星可探测的能量范围之间，使得找到它们极为困难。

接着，在2015年，费米团队释放了一套完整的重新处理的全部LAT数据，叫做Pass 8，它经过了很多改进，以至于天文学家们评价说拥有了这些数据就好像拥有了一台崭新的设备。LAT在更低能量具有的更高的灵敏度提高了找到更多耀变体的概率。

研究团队由南卡罗琳娜州的克莱姆森大学（Clemson University）的Vaidehi Paliya和Marco Ajello领导，还包括位于罗马的意大利航天局科学数据中心的Dario Gasparrini，以及（戈达德中心的）Ojha。他们开始于在一个有140万个类星体（quasar）的目录中寻找最遥远的源，类星体是一类与耀变体紧密联系的星系。因为只有最明亮的目标才可以在巨大的宇宙距离上被探测到，他们接着只保留了列表中在射电波段最明亮的目标。对1100个目标的最终样本，科学家们对所有目标检视了LAT的数据，从而导致了5个新的伽马射线耀变体的发现。

如果用天文学家们偏好的深邃宇宙的度量——红移来表示，5个新耀变体的红移值从3.3增加到4.31，这意味着我们现在探测到的它们的光线，分别在宇宙年龄为19亿年和14亿年的时候开始发出。

“一旦我们发现了这些源，我们就收集关于它们的所有可获取的多波段数据，并且推断出其性质，如黑洞质量、吸积盘光度，还有喷流功率。”Paliya说。

这些耀变体中的两个拥有十亿或更多倍太阳质量的黑洞。所有的这些源都拥有极端明亮的、释放能量超过太阳能量输出两万亿倍的吸积盘。这意味着物质在朝黑洞最后一跳之前是持续落入和被捕获到盘中，并被加热的。

“现在最主要的问题是，这些巨大的黑洞是如何在一个如此年轻的宇宙中就已经形成了的。”Gasparrini说，“我们不知道是什么机制触发了它们的迅速成长。”

与此同时，该团队计划继续深度搜寻其他的目标。

“我们认为费米仅仅探测到了冰山一角——先前并未在伽马射线被探测到的星系的最初样本。”Ajello说。

NASA的费米伽马射线太空望远镜是一项天体物理学和粒子物理学合作项目，与美国能源部合作开发，并且得到法国、德国、意大利、日本、瑞典和美国的学术机构和伙伴的重要支持。

(作者：Francis Reddy，NASA戈达德太空飞行中心 翻译：Yu-Ming)