黑洞与恒星的撕扯-意大利面化

超大质量黑洞的神秘打嗝事件可能是由邻近黑洞的“重击”引起的

“这是一头不同的野兽……我们原以为对黑洞的了解已经很多，但这让我们看到，面对黑洞其实还有很多事情可以做。”

第二个黑洞穿过其超大质量伴星的吸积盘，引起宇宙“打嗝”。（来源：约瑟-路易斯 奥利瓦雷斯，麻省理工学院）

一个打嗝的超大质量黑洞让天文学家对一种全新的黑洞行为产生了注意。

2020年，一直安静的黑洞正位于距离地球约8亿光年、质量相当于5000万个太阳的星系中心，突然打了个嗝，使周围的物质亮度增加了1000倍。

一个研究团队认为，这种周期性的爆发由一个较小的黑洞撞击超大质量黑洞周围的气体和尘埃盘(或“吸积盘”)引起的，导致它反复“打嗝”溢出物质。

这一发现从黑洞吸积盘如何运作向传统发起了挑战。传习惯将它们描述为围绕中心黑洞旋转的均匀的气体和尘埃盘。新发现表明，在一些吸积盘含有外来成分，比如恒星和更小的次级黑洞。

“这是一头不同的野兽。它不同于我们已知的关于这些系统的任何知识。研究小组成员、麻省理工学院卡夫利天体物理与空间研究所的科学家德拉吉﹒

DJ ﹒帕沙姆在一份声明中说:“我们认为以黑洞的了解很多，但又告诉我们，对黑洞还有很多事情可以做。”帕沙姆补充说:“我们会有更多系统，只需要不断收集数据找到它们。”

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计算机模拟了一个中等质量黑洞绕着一个超大质量黑洞运行，并驱动周期性的气体羽流，这可以解释新的“打嗝”观测结果。(图片来源：佩特拉﹒苏科娃，中国科学院天文研究所)

寻找一个“不同的野兽”黑洞系统

研究小组最初是在全天超新星自动巡天(ASAS-SN)的数据检查中得知这个打嗝黑洞的消息的。ASAS-SN是一个由分布在全球的20个望远镜组成的星际网络，负责在宇宙上空每天对地球扫描一次。

当ASAS-SN在2020年12月自动扫描执行天空任务时，望远镜在一片安静的天空中看到了一束光，其中包含一个位于约8亿光年之外的星系。帕沙姆利用中子星内置探器(NICER)追踪了这次爆发，这是宇航局在国际空间站(ISS)上的一架x射线望远镜。

帕沙姆极少使用国际空间站的望远镜，它是用来寻找宇宙中中子星、黑洞和其他极端引力现象中的x射线爆发的，不但行动迅速，还要运气好。帕沙姆说:“要么使用它，要么失去它，这是我最幸运的一次突破。”研究人员发现，这个星系在持续爆发，持续了大约四个月。在NICER对这次耀斑的观测中，帕沙姆发现了一个奇怪的规律，即x射线和能量爆发每8.5天发生一次微妙的下降。该信号几乎类似于系外行星穿过或“凌日”其恒星表面时引起的光线下降，短暂地阻挡了恒星的光线。帕沙姆补充说:“我曾对此感到疑惑，这种模式并非我们了解的那样。”

一位插画家为国际空间站上的NICER任务绘制的插图。(图片来源：宇航局戈达德太空飞行中心)

当帕沙姆发现，星系中心的超大质量黑洞可能被一个中等质量黑洞环绕时，他的困惑得到了缓解。中等质量黑洞的质量在太阳的100到1万倍之间。

这个较小的黑洞可能以这样一种方式绕着较大的黑洞旋转，即在超大质量黑洞的吸积盘上俯冲进出。当它穿过这些气体和尘埃时，较小的黑洞会喷出一缕气体。每次俯冲都会产生另一个羽流，即这些“打嗝”的周期性模式。

如果这些羽流指向地球，它们可能会在系统的能量突然下降时被观察到，吸积盘发出的光会周期性地被遮挡，就像星光被系外行星遮挡一样。

帕沙姆补充说:“我对这个理论感到非常振奋，我给他们发邮件并写道，‘我们观察到的也是你们理论早已预测的’。”

这促使最初研究的作者创建了包含NICER数据的模型。这证实了观测到的8.5天信号很可能是一个小黑洞穿过它的超大质量黑洞同伴的吸积盘的结果。

是什么导致了超大质量黑洞的打嗝?意大利面吃多了

这不能解释超大质量黑洞突然爆发的现象，只能解释周期性地变暗的规律。研究小组认为，这个黑洞的出现，是因为最近有一颗恒星过于靠近它的外边界或“事件视界”。

超大质量黑洞的巨大引力影响会在接近的恒星中产生巨大的潮汐力，在垂直方向上拉伸它们，在水平方向上挤压它们，这一过程被称为“意大利面化”。这将导致恒星在潮汐破坏事件中被撕碎，造成强烈的光爆发和物质的突然涌入，吸积盘变亮。

一幅 插图(图片来源:宇航局戈达德太空飞行中心/克里斯·史密斯大学空间研究协会/杰斯特拉)

在新观察到的星系中，增加的物质为超大质量黑洞四个月的持续爆发提供了能量，也意味着当较小的次级黑洞穿过这些物质时，它会喷出比平时更大的气体羽流。

帕沙姆说:“鉴于物体从不同角度进入和穿过圆盘的迹象，挑战了黑洞周围完整气体盘的传统观点。”“我们认为存在大量这样的星系。”

——M87星系的巨大黑洞以接近光速的速度喷射着喷流

——“吸血鬼黑洞”是一个“宇宙粒子加速器”，它可能会解开一个长期存在的天文学之谜。

——有史以来第一个被人类拍摄到黑洞有扭曲的磁场，科学家们非常兴奋。理查德·萨克斯顿是马德里空间天文中心的x射线天文学家，他没有参与这项研究。他说，这些新发现，以及用于获取这些发现的技术，将极大帮助天文学家更好地了解超大质量黑洞及其所处的奇特环境。萨克斯顿在一份声明中说:“这一结果表明，非常接近的超大质量黑洞双子星在星系核中可能很常见，这对未来的引力波探测器来说是一个可喜的进展。”“这是一个典型的例子，解释了如何利用一颗被破坏的恒星的碎片来照亮星系核的内部，否则它就会持续黑暗。这类似于使用荧光染料来发现管道中的泄漏。”该团队的研究发表在周三(3月27日)的《科学前沿》杂志上。

BY:Robert Lea

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