爱读书 探索 在遥远的星系中心,一个黑洞正在慢慢消耗围绕它旋转的气体盘

在遥远的星系中心,一个黑洞正在慢慢消耗围绕它旋转的气体盘

黑洞进食迹象消失了!也许是因为一颗恒星打断了这场盛宴。这一事件可能使人们对这些神秘物体有了新的认识。

在遥远的星系中心,一个黑洞正在慢慢消耗围绕它旋转的气体盘-爱读书

在遥远的星系中心,一个黑洞正在慢慢消耗围绕它旋转的气体盘。当一股稳定的涓涓细流般的气体被拉进巨大的黑洞时,超热粒子聚集在黑洞附近,在圆盘的上下方产生一种在3亿光年之外的地球上都可以看到的明亮的X射线光。这些被称为黑洞日冕的超热气体集合,在黑洞进食时,其发光度、增亮度或变暗度都明显变化高达100倍。

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但两年前,天文学家惊奇的发现,一个名为1ES 1927+654的星系中黑洞日冕的X射线完全消失了,在大约40天内衰减了10000倍。但这之后,几乎立刻开始反弹,大约100天后亮度变得比事件发生前亮了近20倍。

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来自黑洞日冕的X射线是黑洞进食的直接副产品,因此,1ES 1927+654光线消失可能意味着其食物供应被切断。在《天体物理学杂志快报》的一项新研究中,科学家推测一颗逃逸的恒星可能离黑洞太近而被撕裂了。如果是这样的话,恒星上快速移动的碎片可能会撞击到圆盘的一部分使气体暂时散开。

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智利圣地亚哥的迭戈·波特莱斯大学助理教授、该项研究的主要作者克劳迪奥·里奇说:”我们通常不会看到黑洞在增大过程中出现这样的变化。这太奇怪了,起初我们以为数据可能出了问题。但当我们看到它是真实的,这非常令人兴奋。但我们也不知道我们在处理什么:我们交谈过的人都没有见过这样的事情。”

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宇宙中几乎每个星系的中心都可能有一个超大质量黑洞,就像1ES 1927+654中的黑洞一样,质量比太阳大数百万或数十亿倍。它们通过消耗包围它们的气体(也称为吸积盘)而生长。由于黑洞不会发出或反射光,因此无法直接看到它们,但来自其日冕和吸积盘的光提供了一些了解这些暗物体的方法。

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作者的恒星假说也得到了以下事实的支持即在X射线信号消失前几个月,地球上的观测站看到圆盘在可见光波长(人眼可见的波长)中明显变亮。这可能是由于恒星碎片与圆盘的初始碰撞造成的。

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深入研究

1ES 1927+654中的消失事件之所以独特,不仅是因为亮度发生了急剧变化,还因为天文学家能够对其进行深入研究。可见光耀斑促使Ricci和他的同事们要求使用NASA的中子星内部组成探测器NICER对黑洞进行后续监测,该探测器是国际空间站上的一台X射线望远镜。NICER 总共在 15 个月内观察了系统 265 次。美国宇航局的尼尔·盖勒斯·斯威夫特天文台(该观测站也在紫外光下观测到该系统)以及美国宇航局的核光谱望远镜阵列(NuSTAR)和欧空局的XMM-牛顿天文台(由美国宇航局参与)获得了额外的X射线监测

当日冕的X射线消失时,NICER和Swift观察到来自系统的低能X射线,因此,这些观测站在整个事件中提供了不间断的信息流。

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尽管一个难以捉摸的恒星似乎最有可能是罪魁祸首,但作者指出,这一前所未有的事件可能还有其他解释。观测到的一个显著特点是亮度整体下降但并非平稳过渡:NICER每天检测到的低能X射线显示出巨大的变化,有时亮度在短短8小时内变化100倍。在极端情况下,我们已知的情况是黑洞日冕会变亮或变暗100倍,但时间跨度要长得多。这种连续数月发生的快速变化是非同寻常的。

麻省理工学院物理学助理教授、这项新研究的合著者艾琳·卡拉说:“这个数据库有很多谜题。但这很令人兴奋,因为这意味着我们正在学习一些关于宇宙的新东西。我们认为恒星假说是一个很好的议题,但我也认为我们将在很长一段时间内分析这一事件。”

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这种极端的变异性在黑洞累积盘中可能比天文学家意识到的更为常见。许多运行和即将建立的观测站是为了寻找宇宙现象的短期变化而设计的,这种做法被称为”时域天文学”,可以揭示更多类似事件。

迈克尔·洛文斯坦是这项研究的合作者之一,也是一位天体物理学家,他曾在位于马里兰州格林贝尔特的马里兰大学帕克分校的NICER任务中心和美国宇航局戈达德太空飞行中心(GSFC)工作。他说:”这项新研究是个非常不错的例子,它说明了观测调度的灵活性是如何使美国宇航局和欧空局的任务能够研究进化相对较快的物体,并能寻找其平均行为的长期变化。这个进食黑洞会回到中断事件发生前的状态吗?还是系统已经发生了根本性的改变?我们正在继续观察以找出答案。”

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关于此任务的更多信息

NICER 是美国宇航局探索者计划中的一项天体物理任务,该计划利用太阳物理和天体物理科学领域内创新、精简和高效的管理方法,为世界级的太空科学调查提供了不间断的发射机会。

2012年6月13日,NuSTAR发射升空,最近庆祝了升空八年。NuSTAR是由加州理工学院领导的小型探险家任务,由美国宇航局位于南加州的喷气推进实验室为该机构在华盛顿的科学任务理事会管理,与丹麦技术大学和意大利航天局(ASI)合作开发的。该航天器由位于弗吉尼亚州杜勒斯的轨道科学公司建造。NUSTAR的任务运行中心在加州大学伯克利分校,官方数据存档于美国国家航空航天局戈达德太空飞行中心(GSFC)的高能天体物理科学档案研究中心。ASI提供任务地面站和镜像数据档案。加州理工学院为美国宇航局管理喷气推进实验室。

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欧空局的XMM-牛顿天文台于1999年12月从法属圭亚那库鲁发射升空。NASA资助了XMM-牛顿仪器包的元件,并在戈达德太空飞行中心(GSFC)为美国宇航局提供了客座观察设施,支持美国天文学家使用该观测站。

戈达德太空飞行中心(GSFC)与位于宾夕法尼亚州大学公园的宾夕法尼亚州立大学、新墨西哥州的洛斯阿拉莫斯国家实验室和弗吉尼亚州杜勒斯的诺斯罗普·格鲁曼创新系统公司合作管理斯威夫特任务。其他合作伙伴包括英国莱斯特大学、英国伦敦大学学院穆拉德空间科学实验室、意大利布雷拉天文台和意大利航天局。

BY: Tony Greicius

FY: Glen Li

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