史上首次觀測(cè)！巨型黑洞的 “洞冕” 短期發(fā)生劇變，或因黑洞吞噬恒星

近日，根據(jù)一篇發(fā)表于《天體物理學(xué)快報(bào)》上的論文，麻省理工學(xué)院和智利 Diego Portales 大學(xué)的天文學(xué)家確認(rèn)，已首次觀測(cè)到了一個(gè)超大質(zhì)量黑洞的 “洞冕” 在一年時(shí)間里的強(qiáng)度突變，這在人類(lèi)的天文觀測(cè)史上可謂是前所未有的事件。這里，“洞冕”指黑洞視界附近由高能粒子所構(gòu)成的一個(gè)發(fā)光的環(huán)，溫度可達(dá) 10 億攝氏度（我們的太陽(yáng)也有類(lèi)似的日冕）。研究人員根據(jù)當(dāng)前已有的理論，該事件由吞噬恒星導(dǎo)致的概率較大，因平衡被打破會(huì)導(dǎo)致黑洞附近的所有物體都突然墜入黑洞，包括視界周?chē)母吣芰Ｗ印?/p>

而隨著洞冕消失，此次所被觀測(cè)的黑洞又逐漸開(kāi)始將邊緣的物質(zhì)拉至中間，并形成漩渦形的吸積盤(pán)，放出高能 X 射線，而新的洞冕則在短短幾個(gè)月的時(shí)間里就可形成。研究論文主要作者，MIT 的物理學(xué)助理教授艾琳·卡拉表示，按理來(lái)說(shuō)，這種級(jí)別的洞冕強(qiáng)度變化應(yīng)該在以數(shù)百萬(wàn)年論的時(shí)間跨度上才能發(fā)生，但此次觀測(cè)到的洞冕則在一年內(nèi)衰減了一萬(wàn)倍，然后又在 8 小時(shí)內(nèi)回升了 100 倍，確實(shí)很令人難以置信，而且，這應(yīng)該是人類(lèi)首次觀測(cè)到洞冕先 “消失” 再“重現(xiàn)”的情況。研究這一過(guò)程，對(duì)科學(xué)家 “了解黑洞的洞冕是如何逐漸升溫并獲取能量” 來(lái)說(shuō)意義非凡。

發(fā)現(xiàn)的過(guò)程

2018 年 3 月，全星域超新星探測(cè)計(jì)劃（ASSASN）發(fā)現(xiàn)了一個(gè)名為 1ES 1927 + 654 的活動(dòng)星系核（AGN）所發(fā)出的閃光，雖然該天體所發(fā)出的光的亮度為正常值的 40 倍左右，但它起初并沒(méi)有引起天文學(xué)家們的注意。

艾琳·卡拉說(shuō)：“一開(kāi)始，我們以為這就只是個(gè)普通的 AGN，但后來(lái)它突然變亮，而我們也由此才將更多的望遠(yuǎn)鏡對(duì)準(zhǔn)了它?！备鶕?jù)論文，此次的研究使用了多個(gè)望遠(yuǎn)鏡設(shè)備對(duì)該 AGN 的 X 射線和紫外線波段信息進(jìn)行了觀測(cè)，而其中值得一提的是一臺(tái)由 MIT 設(shè)計(jì)和制造的小型 X 射線望遠(yuǎn)鏡 NICER。NICER 被安置在國(guó)際空間站上，可以被用來(lái)快速地對(duì)觀測(cè)對(duì)象進(jìn)行觀測(cè)，然后立馬投入對(duì)下個(gè)天體的觀測(cè)任務(wù)，進(jìn)而為天文學(xué)家們高效地產(chǎn)出高頻的觀測(cè)數(shù)據(jù)。艾琳·卡拉說(shuō)：“記得當(dāng)時(shí)，借助高頻的觀測(cè)信息，我們得以密切監(jiān)測(cè)該 AGN 的各項(xiàng)指數(shù)變化，但該黑洞洞冕的強(qiáng)度曾有一段時(shí)間減到‘不可被檢測(cè)到的水平，這種情況我們前所未見(jiàn)。”

成因的猜想

當(dāng)前，天文學(xué)家們還并不知道黑洞視界周?chē)亩疵崾侨绾萎a(chǎn)生的，但目前一些初步的猜測(cè)認(rèn)為，這與貫穿黑洞吸積盤(pán)的磁場(chǎng)線結(jié)構(gòu)有關(guān)。相關(guān)猜測(cè)認(rèn)為，越接近黑洞吸積盤(pán)的外側(cè)，磁場(chǎng)線的分布結(jié)構(gòu)越簡(jiǎn)單，而越接近黑洞吸積盤(pán)的內(nèi)側(cè)，磁場(chǎng)線分布越復(fù)雜（扭曲和斷掉及重連，原因是越接近內(nèi)側(cè)能量越大），而吸積盤(pán)內(nèi)部的強(qiáng)磁場(chǎng)則有可能會(huì)導(dǎo)致黑洞附近的粒子旋轉(zhuǎn)，并加速至能放出 X 射線的水平，然后再借助這些粒子能形成黑洞的洞冕。

目前，卡拉與同事認(rèn)為，黑洞吞噬附近恒星的行為可能會(huì)造成這一問(wèn)題，恒星會(huì)先被黑洞的引力撕碎，然后它的碎片會(huì)被吸附至黑洞，導(dǎo)致洞冕的亮度發(fā)生 “時(shí)強(qiáng)時(shí)弱” 的閃爍，而距黑洞中心，位于一個(gè) “潮汐干擾半徑” 距離內(nèi)的物質(zhì)則會(huì)落入黑洞，是黑洞的磁場(chǎng)線不堪重負(fù)進(jìn)而失去維持洞冕的能力?？ɡJ(rèn)為，如果此次觀測(cè)到的事件確由黑洞吞噬恒星造成，且假如黑洞的主要行為全部發(fā)生在 “潮汐干擾半徑” 內(nèi)，根據(jù)黑洞的質(zhì)量，我們便可推算出支撐洞冕的磁場(chǎng)結(jié)構(gòu)必須位于該半徑內(nèi)的結(jié)論，也就是該半徑內(nèi)的磁場(chǎng)是造成洞冕出現(xiàn)的原因。根據(jù)推算，如果上述情況屬實(shí)，則在一個(gè)與此次觀測(cè)對(duì)象質(zhì)量水平類(lèi)似的黑洞中，其洞冕將能在約 7500 萬(wàn)公里的距離內(nèi)活動(dòng)，對(duì)理論作出限制。（本刊綜合整理）（編輯/克柯）