【天文物理】驅動一展數十萬光年的噴流

林彥興

1918 年，希伯．道斯特．柯蒂斯（Heber Doust Curtis）在加州利克天文台觀測時，發現有一道「神秘的射線」坐落於橢圓星系 M87 的中心。這是人類史上第一次觀測到「相對論性噴流」的存在，也就是一道以接近光速噴射而出的高溫電漿。日後隨著觀測技術的進步，天文學家在許多星系中都發現了噴流的存在。根據估計，它們的功率可以是太陽的數百億倍以上。

但這些噴流是怎麼形成的呢？這可就是當今天文物理的大哉問了。
噴流的能量從哪裡來？噴流是怎麼被發射的？噴流是如何從星系的中心延伸到數十萬光年之外？這些都還是天文學家們積極研究中的問題。

目前天文學家對噴流的能量來源主要有兩種想法。
一種是 1977 年被提出的「布蘭德福 - 日納傑過程」，簡稱 BZ 過程。這種理論認為，噴流的能量主要來自星系中心超大質量黑洞本身的轉動動能； 另外一種是 1982 年被提出的「布蘭德福 - 培恩過程」，簡稱 BP 過程。這種理論認為，噴流的能量主要來自吸積盤的轉動動能。一般認為，從 BZ 過程產生的噴流會比 BP 過程產生的噴流更強，前進的速度也更快。

而除了能量來源之外，黑洞吸積盤上的磁場結構也是天文學家們相當關注的問題。主流的想法一樣有兩種：
第一種稱為 SANE 模型，認為吸積盤上的磁場是混亂且微弱，而且被吸積盤上物質的運動拖著跑；
第二種稱為 MAD 模型，認為吸積盤上的磁場是整齊且強大的，會反過來掌控吸積盤物質的流動。
但是長年以來，這些模型都很難被驗證。因為這些超大質量黑洞與它們的吸積盤實在是太小了，沒有任何的望遠鏡能夠仔細的看到它們的結構。直到大名鼎鼎的「事件視界望遠鏡 EHT」的建成，天文學家才終於獲得足夠強的解析度，可以驗證這些理論。今年（2021）五月，EHT 藉由觀測 M87 星系中心超大質量黑洞（M87*）吸積盤的偏極化（Polarization），發現 M87* 的吸積盤結構符合 BZ 過程和 MAD 模型的預測。對這個領域是相當大的進展。
不過，單憑 M87 這一個樣本，當然還不足以讓這場爭論塵埃落定，因此天文學家正在計畫用 EHT 觀測更多超大質量黑洞的吸積盤與噴流，才能更清楚的了解噴流背後的物理原理～

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