第二個黑洞穿過其超大質(zhì)量同伴的吸積盤，引起宇宙“打嗝” 。（圖片來源:麻省理工學(xué)院何塞-路易斯·奧爾·伊瓦雷斯）
據(jù)美國太空網(wǎng)（Robert Lea）：一個打嗝的超大質(zhì)量黑洞提醒天文學(xué)家注意一種全新類型的黑洞行為 。
2020年，一個位于距離地球約8億光年的星系中心、質(zhì)量相當(dāng)于5000萬個太陽的黑洞突然爆發(fā) ， 使其周圍的物質(zhì)變亮了1000倍 。
一組研究人員認(rèn)為，這些周期性噴發(fā)是由第二個較小的黑洞撞擊超大質(zhì)量黑洞周圍的氣體和塵埃盤或“吸積盤”引起的 ， 導(dǎo)致其反復(fù)“打嗝”出物質(zhì) 。
這些發(fā)現(xiàn)挑戰(zhàn)了黑洞吸積盤如何運(yùn)作的傳統(tǒng)觀點 。此前，科學(xué)家們認(rèn)為它們是圍繞中心黑洞旋轉(zhuǎn)的均勻氣體和塵埃盤 。然而 ， 新的結(jié)果表明，一些吸積盤可能含有奇異的成分，如恒星和更小的次級黑洞 。
“這是一只不同的野獸 。它不符合我們對這些系統(tǒng)的任何了解 。我們以為我們對黑洞了解很多 ， 但這告訴我們，它們可以做更多的事情，”研究小組成員、麻省理工學(xué)院卡夫利天體物理和空間研究所的科學(xué)家Dheeraj“DJ”Pasham在一份聲明中說 。
帕薩姆補(bǔ)充道：“我們認(rèn)為還會有更多這樣的系統(tǒng) ， 我們只需要獲取更多的數(shù)據(jù)來找到它們 。” 。
一個中等質(zhì)量黑洞圍繞超大質(zhì)量黑洞運(yùn)行的計算機(jī)模擬 ， 并驅(qū)動周期性的氣體羽流，可以解釋新的“打嗝”觀測結(jié)果 。（圖片來源：CAS天文研究所Petra Sukova）
尋找“不同的野獸”黑洞系統(tǒng)
該團(tuán)隊最初是在檢查超級新星全天空自動巡天（ASAS-SN）的數(shù)據(jù)時得知這個打嗝的黑洞的，這是一個由全球20臺望遠(yuǎn)鏡組成的網(wǎng)絡(luò)，每天掃描地球上的整個天空一次 。
2020年12月，當(dāng)ASAS-SN自動掃描天空時，機(jī)器人望遠(yuǎn)鏡在一片迄今為止平靜的天空中看到了一束光，其中包含一個距離約8億光年的星系 。帕薩姆使用位于國際空間站（ISS）的美國國家航空航天局X射線望遠(yuǎn)鏡中子星內(nèi)部成分探測器（NICER）追蹤到了這一耀斑 。
帕薩姆只剩下很短的時間來使用基于國際空間站的望遠(yuǎn)鏡 ， 該望遠(yuǎn)鏡用于尋找中子星、黑洞和其他極端引力現(xiàn)象爆發(fā)的X射線爆發(fā)，這意味著他必須迅速行動，運(yùn)氣好 。
帕薩姆說：“要么使用它，要么失去它，這是我最幸運(yùn)的休息 。” 。
研究人員發(fā)現(xiàn)，這個星系正在繼續(xù)爆發(fā)，爆發(fā)持續(xù)了大約四個月 。在對這次爆發(fā)的NICER觀測中，帕薩姆發(fā)現(xiàn)了一種奇怪的模式，即X射線和爆發(fā)能量每8.5天發(fā)生一次微妙的下降 。該信號幾乎類似于系外行星穿過或“凌日”其恒星表面時引起的光線下降 ， 短暫遮擋其星光 。
帕薩姆補(bǔ)充道：“我一直在撓頭，不知道這意味著什么，因為這種模式不符合我們對這些系統(tǒng)的任何了解 。” 。
國際空間站上NICER任務(wù)的藝術(shù)家插圖 。（圖片來源：美國國家航空航天局戈達(dá)德太空飛行中心）
Pasham的困惑得到了緩解，因為他發(fā)現(xiàn)研究表明，星系中心的超大質(zhì)量黑洞可能被中等質(zhì)量黑洞環(huán)繞，中等質(zhì)量黑洞的質(zhì)量是太陽的100到10000倍 。
這個較小的黑洞可能以這樣一種方式繞著較大的黑洞運(yùn)行 ， 即它會在超大質(zhì)量黑洞的吸積盤中進(jìn)進(jìn)出出 。當(dāng)它穿過這些氣體和塵埃時 ， 較小的黑洞噴出一股氣體 。每次潛水都會產(chǎn)生另一股羽狀物，因此形成了這些“打嗝”的周期性模式
如果這些羽狀物指向地球 ， 它們可能會被視為受影響系統(tǒng)的能量突然下降，因為吸積盤的光會周期性地被遮擋 ， 就像凌日系外行星的星光一樣 。
帕薩姆補(bǔ)充道：“我對這個理論感到非常興奮，我立即給他們發(fā)了電子郵件 ， 說‘我想我們正在觀察你的理論預(yù)測的結(jié)果’ 。” 。
這促使該初步研究的作者創(chuàng)建了包含NICER數(shù)據(jù)的模擬 。這些證實了觀測到的8.5天信號很可能是一個小黑洞穿過其較大超大質(zhì)量黑洞伴星的吸積盤的結(jié)果 。
是什么導(dǎo)致超大質(zhì)量黑洞打嗝？意大利面條太多了
然而，這仍然不能解釋為什么超大質(zhì)量黑洞突然爆發(fā)——只是為什么這種爆發(fā)會周期性地變暗 。研究小組認(rèn)為，這個黑洞之所以誕生，是因為一顆恒星最近徘徊得離其外部邊界或“視界”太近 。
超大質(zhì)量黑洞的巨大引力影響會在接近的恒星中產(chǎn)生巨大的潮汐力，垂直拉伸恒星，水平擠壓恒星，這一過程被稱為“碎片化” 。這將導(dǎo)致恒星在潮汐破壞事件中被撕裂，導(dǎo)致強(qiáng)大的光爆發(fā)和突然涌入的物質(zhì)使吸積盤變亮 。
一幅插圖顯示了一個黑洞在潮汐破壞事件中撕裂和吞噬一顆恒星的后果（圖片來源：美國國家航空航天局戈達(dá)德太空飛行中心/克里斯·史密斯（美國國家航空和宇宙航行局/科學(xué)技術(shù)研究所））
就新觀測到的星系而言，添加的物質(zhì)顯然為超大質(zhì)量黑洞提供了四個月的能量 ， 也就是爆發(fā)的持續(xù)時間，這也意味著當(dāng)較小的次級黑洞穿過這種物質(zhì)時，它會噴出比平時更大的氣體羽流 。
帕薩姆說：“我們看到了物體以不同角度進(jìn)入和穿過圓盤的證據(jù)，這對黑洞周圍簡單氣態(tài)圓盤的傳統(tǒng)圖像提出了挑戰(zhàn) 。” 。“我們認(rèn)為這些系統(tǒng)的數(shù)量龐大 。”
Richard Saxton是馬德里歐洲空間天文中心的X射線天文學(xué)家，他沒有參與這項研究 。他說，這些新發(fā)現(xiàn)以及用于探測它們的技術(shù)最終可能有助于天文學(xué)家更好地了解超大質(zhì)量黑洞及其居住的奇異環(huán)境 。
Saxton在一份聲明中說：“這一結(jié)果表明，非常接近的超大質(zhì)量黑洞雙星可能在星系核中很常見，這對未來的引力波探測器來說是一個非常令人興奮的發(fā)展 。” 。“這是一個很好的例子 ， 說明了如何利用被破壞恒星的碎片照亮原本會保持黑暗的星系核內(nèi)部 。這類似于使用熒光染料在管道中尋找泄漏 。”
該團(tuán)隊的研究于周三（3月27日）發(fā)表在《科學(xué)進(jìn)展》雜志上 。
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