黑洞正在進(jìn)食的跡象消失了，這可能是因?yàn)橐活w恒星打斷了這場(chǎng)盛宴。該事件可以為了解這些神秘物體提供新視角。

在一個(gè)遙遠(yuǎn)星系的中心，一個(gè)黑洞正在慢慢消耗一個(gè)由氣體組成的圓盤。這些氣體以黑洞為中心旋轉(zhuǎn)并被其吞噬，就像水在污水口處盤旋著往下流。當(dāng)氣體被吸入深淵的巨口時(shí)，超熱粒子聚集在圓盤上方和下方靠近黑洞處，并產(chǎn)生明亮的 X 射線光。這種光亮到即便是在300 億光年之外的地球上都可以看到。這些超熱氣體的集合，被稱為“黑洞的日冕”。當(dāng)黑洞進(jìn)食時(shí)，它在亮度、色彩飽和度或清晰度方面的變化可達(dá)100倍。

但兩年前，天文學(xué)家驚訝地看到來(lái)自一個(gè)名為 1ES 1927+654 星系的黑洞的“洞冕”射出的 X 射線在大約40天內(nèi)衰減了10000個(gè)單位，直至完全消失。此后，它的亮度又立刻開始回彈，在大約 100 天后，它比事件發(fā)生前還亮了近 20 倍。黑洞的“洞冕”發(fā)出的 X 射線光是黑洞進(jìn)食的副產(chǎn)品，因此 1ES 1927+654的光消失可能意味著它的食物供應(yīng)被切斷了。

在《天體物理學(xué)雜志快報(bào)》（Astrophysical Journal Letters）上的一項(xiàng)新研究中，科學(xué)家們假設(shè)一顆失控的恒星可能因?yàn)殡x黑洞太近而被撕裂了。如果該假設(shè)成立，來(lái)自被撕裂的恒星碎片在快速移動(dòng)中可能撞進(jìn)了圓盤某處，短暫地驅(qū)散了氣體。

該論文的主要作者，智利圣地亞哥迭戈波塔萊斯大學(xué)（Diego Portales University，Santiago of Chile）的天文學(xué)家克勞迪奧·里奇（Claudio Ricci）在美國(guó)宇航局的一份聲明中說：“我們很少在黑洞吸積過程中看到這樣的變化。這太奇怪了，起初我們以為可能是數(shù)據(jù)有問題。當(dāng)我們知道這個(gè)現(xiàn)象是真的的時(shí)候，我們興奮極了。但我們也不知道這是什么情況；和我們溝通過的人中，沒有一個(gè)人見過這樣的事情?！?/p>

宇宙中幾乎每個(gè)星系的中心都可能像1ES 1927+654中心那樣，有一個(gè)特大質(zhì)量黑洞（Supermassive black hole），其質(zhì)量可能比太陽(yáng)的質(zhì)量大數(shù)百萬(wàn)或數(shù)十億倍。它們也被稱為吸積盤（accretion disk）。吸積盤通過消耗環(huán)繞著它們的氣體增長(zhǎng)。因?yàn)楹诙床话l(fā)光，也不反射光，所以它們無(wú)法被直接觀測(cè)到，但來(lái)自其“洞冕”和吸積盤的光為我們了解這些黑暗物體提供了可能。

作者的恒星假說也得到了以下事實(shí)的支持：在 X 射線信號(hào)消失前幾個(gè)月，地球上的天文臺(tái)觀察到圓盤在可見光波長(zhǎng)（人眼可以看到的波長(zhǎng)）這個(gè)層面上顯著變亮。這可能是恒星碎片與圓盤碰撞后產(chǎn)生的初步結(jié)果。

深入了解現(xiàn)象背后的故事

發(fā)生在1ES 1927+654中的消失事件是獨(dú)一無(wú)二的，這不僅因?yàn)槠淞炼劝l(fā)生了巨大變化，還因?yàn)樘煳膶W(xué)家能夠?qū)ζ溥M(jìn)行徹底的研究?？梢姽獾谋W促使里奇和他的同事請(qǐng)求使用美國(guó)航天局的中子星內(nèi)部組成探測(cè)器 (Neutron star Interior Composition Explorer，簡(jiǎn)稱NICER) 對(duì)黑洞進(jìn)行后續(xù)監(jiān)測(cè)。該探測(cè)器即國(guó)際空間站上的 X 射線望遠(yuǎn)鏡。

中子星內(nèi)部組成探測(cè)器在15個(gè)月內(nèi)共觀察了該星系系統(tǒng)265次。美國(guó)航天局的格雷爾斯雨燕天文臺(tái)（Neil Gehrels Swift Observatory）和核分光望遠(yuǎn)鏡陣 (Nuclear Spectroscopic Telescope Array，簡(jiǎn)稱NuSTAR)，以及歐洲空間局（European Space Agency，簡(jiǎn)稱ESA）的XMM-牛頓天文臺(tái)（該天文臺(tái)也有美國(guó)航天局的參與）也對(duì)該系統(tǒng)射出的X射線進(jìn)行了觀察。

當(dāng)來(lái)自“洞冕”的 X 射線消失時(shí)，NICER和格雷爾斯雨燕天文臺(tái)觀察到了來(lái)自該系統(tǒng)的低能量 X 射線，因此，這些天文臺(tái)共同提供了貫穿整個(gè)事件的連續(xù)信息。

雖然“逃家”的恒星是罪魁禍?zhǔn)椎目赡苄宰畲?，但作者指出，?duì)于這一前所未有的事件可能還有其他解釋。根據(jù)觀察結(jié)果，人們得到了一個(gè)顯著特點(diǎn)，即亮度的整體下降并不是一個(gè)平穩(wěn)的過渡：每天，NICER檢測(cè)到的低能 X 射線顯示出巨大變化，有時(shí)其亮度的變幅在8小時(shí)可達(dá)100個(gè)單位。在極端情況下，黑洞的“洞冕”會(huì)變亮或變暗 100 倍，但其所需的時(shí)間要長(zhǎng)得多。這種連續(xù)發(fā)生數(shù)月的劇烈變化非比尋常。

這篇新論文的共同作者、麻省理工學(xué)院（Massachusetts Institute of Technology）物理學(xué)助理教授艾琳·卡拉 (Erin Kara)說：“這些數(shù)據(jù)有很多謎團(tuán)，但這十分令人興奮，因?yàn)槲覀冋趯W(xué)習(xí)有關(guān)宇宙的新知識(shí)。我們認(rèn)為恒星假說是個(gè)很好的假設(shè)，但我們也會(huì)花很長(zhǎng)時(shí)間來(lái)分析這一事件。”

這種在黑洞吸積盤中發(fā)生的極端變化可能比天文學(xué)家認(rèn)為的更常見。許多正在運(yùn)行和即將投入使用的天文臺(tái)都將尋找持續(xù)時(shí)間較短的宇宙現(xiàn)象作為目標(biāo)。這種做法被稱為“時(shí)域天文學(xué)”，它可以揭示更多類似事件。

該研究的聯(lián)合作者，馬里蘭大學(xué)帕克分校（University of Maryland College Park）和美國(guó)宇航局戈達(dá)德太空飛行中心 (NASA's Goddard Space Flight Center in Greenbelt, Maryland，簡(jiǎn)稱GSFC)負(fù)責(zé)NICER 任務(wù)的天體物理學(xué)家邁克爾·婁文斯坦稱：“這項(xiàng)新研究是一個(gè)很好的例子。它向我們展示了觀察計(jì)劃的靈活性如何使美國(guó)航天局和歐洲空間局能研究發(fā)生速度相對(duì)較快的現(xiàn)象，并在其典型行為中尋找長(zhǎng)期變化。這個(gè)正在進(jìn)食的黑洞會(huì)回到破壞事件之前的狀態(tài)嗎？還是其系統(tǒng)從根本上發(fā)生了變化？我們會(huì)繼續(xù)觀察以找到答案?！?/p>

NICER是美國(guó)航天局探索者計(jì)劃中的一項(xiàng)為研究天體物理學(xué)提供機(jī)遇的任務(wù)（Astrophysics Mission of Opportunity）。它通過太陽(yáng)物理學(xué)和天體物理學(xué)領(lǐng)域中新型、流水線化的高效管理方法為世界水平科的研項(xiàng)目提供頻繁訪問太空的機(jī)會(huì)。核分光望遠(yuǎn)鏡陣（Nuclear Spectroscopic Telescope Array，簡(jiǎn)稱NuSTAR）于2012年6月13日發(fā)射升空，人們最近剛為它進(jìn)入太空滿八周年舉行了慶祝儀式。

由加州理工學(xué)院（California Institute of Technology，簡(jiǎn)稱Caltech）領(lǐng)導(dǎo)，由美國(guó)宇航局位于南加州的噴氣推進(jìn)實(shí)驗(yàn)室為該機(jī)構(gòu)位于華盛頓的科學(xué)任務(wù)理事會(huì)管理NuSTAR這一小型探索任務(wù)。丹麥技術(shù)大學(xué)（Danish Technical University）和意大利航天局（Italian Space Agency，ASI）也參與其中。該航天器由位于在弗吉尼亞州杜勒斯（Dulles，Virginia）的軌道科學(xué)公司（Orbital Sciences Corp）建造。

NuSTAR的任務(wù)指揮中心位于加州大學(xué)伯克利分校（University of California, Berkeley），官方數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在美國(guó)航天局戈達(dá)德太空飛行中心（Goddard Space Flight Center，簡(jiǎn)稱GSFC）的高能天體物理科學(xué)檔案研究中心（NASA's High Energy Astrophysics Science Archive Research Center）。航空研究所 （Aerospace Studies Institute，簡(jiǎn)稱ASI）提供任務(wù)的地面站和鏡像數(shù)據(jù)檔案。加州理工學(xué)院為美國(guó)航天局管理噴氣推進(jìn)實(shí)驗(yàn)室（Jet Propulsion Laboratory，簡(jiǎn)稱JPL）。

歐洲空間局的XMM-牛頓天文臺(tái)于 1999 年 12 月從法屬圭亞那的庫(kù)魯（Kourou，F(xiàn)rench Guiana）發(fā)射升空。NASA 資助了XMM-Newton儀器包的部分元器件，并在戈達(dá)德太空飛行中心提供美國(guó)航天局的來(lái)訪觀察員接待設(shè)施（NASA Guest Observer Facility）以扶持、幫助美國(guó)天文學(xué)家使用天文臺(tái)。

戈達(dá)德太空飛行中心、賓夕法尼亞州立大學(xué)帕克分校（Penn State in University Park，Pennsylvania）和位于新墨西哥的洛斯阿拉莫斯國(guó)家實(shí)驗(yàn)室（Los Alamos National Laboratory）及位于弗吉尼亞州杜勒斯的諾斯羅普·格魯曼創(chuàng)新系統(tǒng)公司（Northrop Grumman Innovation Systems in Dulles, Virginia）共同管理雨燕任務(wù)（Swift Mission）。其他合作者包括：英國(guó)的萊斯特大學(xué)（University of Leicester）和倫敦大學(xué)學(xué)院的馬拉德空間科學(xué)實(shí)驗(yàn)室（Mullard Space Science Laboratory of the University College London）、意大利布雷拉天文臺(tái)（Brera Observatory，Italy）和意大利空間局（Italian Space Agency）。

BY:?Tony Greicius

FY:?憶染

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