在3億光年外,發現一顆恒星墜毀,導致一個黑洞消失長達100天

天空之城 2020/09/24 檢舉 我要評論

在一個遙遠的星系中心,一個黑洞正在慢慢地消耗周圍吸積盤的氣體,這些氣體在這個黑洞周圍旋轉,就像水在排水溝裡盤旋一樣。當一股穩定的細流氣體被拉進張開的「黑洞大口」時,超熱粒子聚集在黑洞附近,在圓盤上方和下方,產生了明亮的X射線光,在3億光年外的地球上都可以看到。眾所周知,這些被稱為黑洞日冕的超熱氣體在黑洞進食時,其光度會發生明顯的變化,變亮或變暗高達100倍。

但天文學家敬畏地觀察到,在一個名為1ES 1927+654的星系中,來自黑洞日冕的X射線完全消失,在大約40天內衰減了1萬倍。幾乎立刻,它開始反彈,大約100天后,它的亮度幾乎是此前的20倍。來自黑洞日冕的X射線光是黑洞進食的直接副產品,因此1ES1927+654星系黑洞X射線的消失,很可能意味著黑洞的食物供應已經被切斷。發表在《天體物理學》期刊上的一項新研究中,科學家們假設,一顆失控的恒星可能離黑洞太近,被撕裂了。

如果是這樣的話,來自恒星的快速移動碎片可能已經墜毀成黑洞吸積盤的一部分,短暫地分散了氣體。研究的主要作者、智利聖地牙哥迭戈·波塔利斯大學的助理教授克勞迪奧·裡奇(Cldio Ricci)說:我們通常不會在吸積黑洞中看到這樣的變化,這太奇怪了,一開始我們以為資料可能有問題。當我們看到它是真實的時,非常令人興奮。宇宙中幾乎每個星系的中心都可能存在一個大品質黑洞,就像1ES1927+654星系中的那個。

迄今獨一無二的事件

星系1ES1927+654中的黑洞品質比太陽大數百萬倍,黑洞通過吞噬環繞它們的氣體生長,也就是眾所周知的吸積盤。因為黑洞不發射或反射光線,所以不能直接看到它們,但黑洞日冕和吸積盤發出的光,提供了一種瞭解黑洞的間接方法。恒星假說也得到了這樣一個事實的支援,即在X射線信號消失前幾個月,地球上的天文臺在可見光波長上看到了吸積盤相當亮,這可能是恒星碎片與吸積盤最初碰撞的結果。

星系1ES1927+654中黑洞X射線消失事件是迄今獨一無二的,不僅因為亮度發生了戲劇性的變化,而且還因為天文學家能夠對其進行深入的研究。可見光耀斑促使Ricci和同事要求使用美國宇航局(NASA)中子星內部成分探測器(NICER)對黑洞進行後續監測,NICER是國際空間站上的X射線望遠鏡。在15個月的時間裡,總共觀察了該系統265次,美國宇航局(NASA)的Neil GehrelsSwift天文臺:

也在紫外光下觀察了該星系,以及NASA核光譜望遠鏡陣列(NuSTAR)和歐空局(歐洲航天局)XMM-牛頓天文臺(有NASA參與)獲得了額外的X射線監測。當來自這個黑洞日冕的X射線光消失時,研究人員觀測到了來自該系統較低能量的X射線,因此,這些天文臺在整個事件中共同提供了連續的資訊流。雖然一顆任性的恒星似乎是最有可能的原因,但研究人員也指出,對於這一史無前例的事件,可能還有其他解釋。

觀測的一個顯著特徵是,亮度的總體下降並不是一個平穩過渡:每天,更好地探測到的低能X射線顯示出戲劇性變化,有時在短短8小時內亮度變化了100倍。在極端情況下,眾所周知,黑洞日冕會變得更亮或更暗100倍,但時間尺度要長得多,連續幾個月發生如此迅速的變化是非同尋常的。麻省理工學院物理學助理教授、這項新研究的合著者艾琳·卡拉(Erin Kara)說:這個資料集中有很多謎題。

但這是令人興奮的,因為這意味著我們正在瞭解一些關於宇宙的新東西,恒星假說是一個很好的假說,但天文學家們將在很長一段時間內分析這一事件。這種極端的可變性在黑洞吸積盤中,可能比天文學家意識到的更常見。許多正在運行和即將到來的天文臺,都是為了尋找宇宙現象的短期變化而設計的,這種做法被稱為「時域天文學」,可以揭示更多像這樣的事件。

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