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一日三餐,每餐可以吃掉“四个月亮”的“怪物”黑洞

2020/6/24 10:11:08 来源:原创 浏览:

天文学家们发现一个拥有不寻常规律进食计划的超大黑洞(SMBH)。

图源:wikipedia

这个巨头黑洞是位于赛福特2星系GSN 069中心的活动星系核。这个星系核离地球约2.5亿光年,质量是太阳的40万倍。

图源:美国国家航空航天局

天文学家团队使用欧洲航天局的XMM-牛顿天文台和美国宇航局钱德拉X射线天文台观察这个黑洞的X射线发射。大约每9个小时,当黑洞吸入物质时会发出明亮的X射线。

虽然天文学家已经发现两个恒星级别的黑洞在进食时会规律的爆发,但是在超大黑洞中这种规律性前所未见。

图解:超大黑洞的档案

图源:Universe Today

概述这一发现的论文发表在《自然》杂志上,他的标题是“来自低质量的黑洞星系核的9个小时准周期爆发的X射线。”

这篇论文的第一作者是来自欧洲航天局西班牙天体生物学中心的Giovanni Miniutti 。

根据这篇论文可知,这个超大黑洞每天吃三餐,每餐消耗的物质量大约是四个月亮。这意味着这个黑洞每进食一次,就要消耗大约100亿磅物质。

图解:超大黑洞正在“享受”相当于四个月亮的午餐

图源:Asia Times

“这个黑洞的进食计划我们从未见过。”Miniutti 在新闻稿中说。

“这个行为是前所未有的,以至于我们不得不为了描述它去创建一个新的表达“X射线准周期爆发”。”

人们从2010年7月以来就知道并观测了这个超大黑洞的X射线发射,但是那时候它们是稳定的。这项新研究是基于2018年12月从欧洲航天局XMM-牛顿天文台开始的54天的观察结果。

天文台在12月24日观测到两次爆发。次年1月,XMM-牛顿天文台又发现三次这样规律性的爆发。

此后,天文学家要求美国国家航空航天局的钱德拉天文台花费更多的时间进行调查,钱德拉天文台又发现了五次这样的事件。

在现在定期爆发的过程中,X射线的喷发活动比背景X射线的发射多了两个数量级。X射线每次发出的耀斑持续一个多小时,每九个小时发生一次。

图解:两个初始耀斑(蓝色)、XMM-牛顿天文台拍摄的耀斑(绿色)、钱德拉天文台拍摄的耀斑(红色)(2019年Giovanni Miniutti等人 的研究)

“将这两个X射线天文台的数据结合,我们已经花了至少54天的时间追踪这些周期性的爆发。”西班牙马德里欧洲空间天文中心的天文学家、此项研究的共同作者理查德·萨克斯顿( Richard Saxton)说。

“这给我们提供了一个难得的机会去见证大量物质进入超大黑洞时的反复加速和减速的过程。”

每次爆发期间,X射线的喷发亮度是平静时期的20倍。进入超大黑洞的气体温度也会升高。耀斑爆发时,气体的温度从平静时期的100万华氏度增加到250万华氏度。超高的温度与大多数活跃生长的超大黑洞周围的气体温度一样。

导致这些耀斑定期爆发的原因尚不清楚,GSN 069周围的250万华氏度的气体与其他超大黑洞周围的气体温度相同,这是一个迷,因为它太热了以至于不可能来自围绕黑洞下降的圆盘。但是GSN 069 是一个绝佳的机会去研究这一现象,因为这个热气体形成消失的过程是重复的。

通常情况下,天文学家们认为这种热气体是由被黑洞撕裂或吞噬的恒星形成的,但是GSN 069显示出的规律性是一个迷。

“我们认为X射线的发射起源是部分或完全被黑洞撕裂,并且正在被一点一点缓慢吞噬的恒星。”同样也是欧洲航天局天体生物学的天文学家、此研究的联合作者Margherita Giustini说。

“但关于重复性爆发,这完全是不同的故事,需要进一步的数据和新的理论模型来研究它的起源。”

此外,看到超大黑洞吞噬恒星发出的气体并不新奇。但是GSN 069的规律性爆发是个令人头痛的问题。这项研究的作者们对于超大黑洞规律进食的计划提出了两种可能的解释:

1. 圆盘中的能量积累起来直到圆盘变得不稳定,物质迅速掉进黑洞产生爆炸。周而复始。

2. 圆盘和盘旋在黑洞周围的第二个天体——可能是部分被恒星扰乱的残余物之前存在的相互作用。

因为钱德拉天文台,科学家们知道了X射线的来源就位于GSN 069的中心,这也是超大黑洞的预期位置。

钱德拉天文台和XMM—牛顿天文台的综合数据也清楚地表明,即使爆发是有规律的,但是也在缓慢的变化:黑洞“每餐”的大小和进食持续时间都略有减少,每餐的间隔在增加。这种趋势能否持续取决于未来的观察。

对于超大质量黑洞来说,GSN 069是小的,通常一个超大黑洞的质量相当于几百万或几十亿个太阳,而GSN 069的质量仅仅相当于40万个太阳。这也许有助于解释为什么以前从未见过这种定期进食。

图源:Inverse

对于更大的,比这个大得多的超大黑洞,它们的亮度波的起伏则慢很多。它们需要几个月甚至几年像这个超大黑洞一样闪耀,而不是每九个小时闪耀一次。这可能解释为什么这种准周期爆发从未被观测到。X射线天文台的工作量很多,没有办法瞄准一个目标那么久。

人们已经发现了几个黑洞产生的X射线大幅度增加或减少的案例。这些发现依赖于几个月甚至几年重复的观察。

有些变化太快了无法用黑洞吸积盘内物质下落的标准理论来解释,但是这一发现可以解释这些观测结果,它们可能正在经历与GSN 069相似的行为。

作者: EVAN GOUGH

FY: Aurora

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看看网友怎么说

平淡是真926:转发了

手机用户58346494071:原来黑洞也有消化系统呐,不然真得撑死。[捂脸]

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