歐空局X射線空間望遠鏡XMM-牛頓探測到來自遙遠星系前所未有的周期性X射線輻射耀斑，這可能有助于解釋活動黑洞的一些神秘行為。XMM-牛頓，是最強大的X射線天文臺，在大約2.5億光年之外GSN 069星系核心的活動黑洞中發(fā)現(xiàn)了一些神秘閃光。

2018年12月24日，天文學(xué)家發(fā)現(xiàn)光源的亮度突然增加了100倍，然后在1小時內(nèi)變暗到正常水平，9小時后再次閃亮。在2019年9月12日發(fā)表在《自然》期刊上主要作者，西班牙馬德里Astrobiología中心的Giovanni Miniutti說：這完全出乎意料。

巨大的黑洞像蠟燭一樣有規(guī)律地閃爍，但從2018年12月開始在GSN 069中看到快速、重復(fù)變化是完全新的東西。在接下來的幾個月里，XMM-牛頓和NASA的錢德拉X射線天文臺一起進行了進一步的觀測，證實了遙遠的黑洞仍然保持著活動節(jié)奏，每隔9個小時就會發(fā)出幾乎周期性的X射線爆發(fā)，研究人員稱這種新現(xiàn)象為“準(zhǔn)周期性爆發(fā)”（QPEs）。X射線發(fā)射來自正在被吸進黑洞并在這個過程中加熱的物質(zhì)。在吸積盤中有各種機制可以產(chǎn)生這種類型的準(zhǔn)周期信號，潛在地與接近中心黑洞吸積流的不穩(wěn)定性有關(guān)。

或者噴發(fā)可能是由于盤狀物質(zhì)與第二個黑的的相互作用，也或者可能是先前被黑洞破壞的恒星殘骸。盡管之前從未觀察到，Giovanni等天文學(xué)家認為像這樣的周期性耀斑，實際上在宇宙中可能是相當(dāng)普遍的。以前可能沒有發(fā)現(xiàn)這種現(xiàn)象，因為遙遠星系核心的大多數(shù)黑洞，質(zhì)量是太陽質(zhì)量的數(shù)百萬到數(shù)十億倍，比GSN 069中的黑洞要大得多，GSN 069的質(zhì)量僅為太陽的40萬倍。黑洞越大，質(zhì)量越大，它所顯示的亮度波動就越慢，因此一個典型的超大質(zhì)量黑洞不會每隔九個小時爆發(fā)一次，而是每幾個月或幾年爆發(fā)一次。

這將使檢測變得不太可能，因為觀察很少跨越這么長的一段時間。還有更多，像在GSN 069中發(fā)現(xiàn)的準(zhǔn)周期噴發(fā)，可以提供一個自然框架來解釋在相當(dāng)一部分活躍黑洞中觀察到一些令人費解的模式，這些黑洞的亮度似乎變化太快，很難用現(xiàn)有的理論模型來解釋。許多巨大的黑洞，亮度在幾天或幾個月內(nèi)以非常大的因素上升或衰減，而研究人員預(yù)計的變化速度會慢得多。但是，如果其中一些變異性對應(yīng)于類似于GSN 069中發(fā)現(xiàn)的噴發(fā)上升或衰減階段，那么這些系統(tǒng)的快速變異性(目前看來不可行)自然可以解釋。

新數(shù)據(jù)和進一步研究將告訴我們這個類比是否真的成立。在GSN 069中發(fā)現(xiàn)的準(zhǔn)周期性噴發(fā)也可以解釋在幾乎所有明亮、吸積的超大質(zhì)量黑洞X射線發(fā)射中觀察到另一種有趣性質(zhì)：所謂的“軟過?！?。它包括在低X射線能量下的增強發(fā)射，并且對于導(dǎo)致它的原因仍然沒有一致意見，一個領(lǐng)先的理論調(diào)用了在吸積盤附近加熱的電子云。和類似的黑洞一樣，GSN069在爆發(fā)期間表現(xiàn)出這樣的軟X射線過剩，而不是在噴發(fā)之間。西班牙歐空局天文中心XMM-牛頓操作小組的合著者理查德·薩克斯頓(Richard Saxton)表示：

我們可能正在實時目睹軟過剩的形成，這可能會闡明其物理起源。目前還不清楚電子云是如何形成的，但天文學(xué)家正試圖通過研究噴發(fā)期間GSN 069的X射線光譜變化來確定機制。該小組已經(jīng)在試圖確定GSN069在首次檢測到周期性噴發(fā)時定義屬性，以尋找更多的案例進行研究。馬德里天體生物學(xué)中心的合著者Margherita Giustini說：近期的目標(biāo)之一是在其他星系中尋找X射線準(zhǔn)周期噴發(fā)，以進一步了解這種新現(xiàn)象的物理起源。

歐空局的XMM-Newton項目科學(xué)家Norbert Schartel說：GSN 069是一個非常吸引人的來源，有可能成為黑洞吸積領(lǐng)域的參考。如果沒有XMM-牛頓的能力，這個發(fā)現(xiàn)是不可能的。這些爆發(fā)發(fā)生在X射線波段的低能量部分，在那里XMM-牛頓是無可匹敵的。如果我們想在未來發(fā)現(xiàn)更多這樣的事件，肯定需要再次使用天文臺。

博科園｜研究/來自：歐洲航天局

參考期刊《自然》

DOI: 10.1038/s41586-019-1556-x

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