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天文學家觀測到附近超大質量黑洞的X射線閃光，該黑洞神秘地加速

黑洞


天文學家觀測到附近超大質量黑洞的X射線閃光，該黑洞神秘地加速


1ES 1927+654的射電圖像揭示了新出現的結構，這些結構似乎是在強烈的射電耀斑后從星系中心黑洞兩側噴出的等離子體射流 。2023年6月拍攝的第一張照片沒有顯示出噴流的跡象，可能是因為熱氣擋住了它的視線 。然后，從2024年2月開始，這些特征出現并擴展到遠離星系中心的地方，從每個結構的中心測量的總距離約為半光年 。圖片來源：NRAO/Meyer等人，2025年

天文學家觀測到附近超大質量黑洞的X射線閃光，該黑洞神秘地加速


在這位藝術家的渲染中 ， 一股物質流沿著一顆白矮星在1ES 1927超大質量黑洞周圍的最內層吸積盤中運行 。來源：Aurore Simonnet/索諾瑪州立大學
據麻省理工學院：在過去的幾年里，一個超大質量黑洞一直讓天文學家們緊盯著他們的望遠鏡 。首先是一場突如其來的失蹤，現在是一場岌岌可危的旋轉表演 。
所討論的黑洞是1ES 1927+654，其質量約為一百萬個太陽，位于一個距離我們一億光年的星系中 。
2018年，麻省理工學院和其他地方的天文學家觀察到，黑洞的日冕——一團旋轉的白熱等離子體——突然消失，幾個月后重新組裝 。這種短暫但戲劇性的關閉是黑洞天文學中的第一次 。
麻省理工學院團隊的成員現在發現了同樣的黑洞，表現出前所未有的行為 。
天文學家已經探測到來自黑洞的X射線閃光 ， 其頻率在穩步增加 。在兩年的時間里，以毫赫茲振蕩的閃光頻率從每18分鐘增加到每7分鐘 。到目前為止 ， 還沒有從黑洞中看到X射線的這種戲劇性加速 。
研究人員探索了一些可能解釋閃光的情景 。他們認為 ， 最有可能的罪魁禍首是一顆旋轉的白矮星——一顆圍繞黑洞運行的死恒星的極其緊湊的核心，并且越來越接近其事件視界，超出這個邊界，任何東西都無法逃脫黑洞的引力 。
如果是這樣的話，白矮星一定是在做一個令人印象深刻的平衡動作，因為它可能會直接到達黑洞的邊緣，而不會真正落入其中 。
麻省理工學院物理學研究生梅根·馬斯特森說：“這將是我們所知道的最接近黑洞的發現 。”她是這一發現的共同負責人 。“這告訴我們，像白矮星這樣的物體可能能夠在相當長的一段時間內生活在離事件地平線很近的地方 ?！?br>研究人員在馬里蘭州國家港舉行的美國天文學會第245次會議上展示了他們的發現，并將在《自然》雜志上發表研究結果 。研究結果也發表在arXiv預印本服務器上 。
如果白矮星是黑洞神秘閃光的根源，它也會發出引力波，其范圍可以被下一代天文臺探測到，如美國國家航空航天局的激光干涉儀空間天線（LISA） 。
麻省理工學院物理學副教授、合著者Erin Kara說：“這些新的探測器旨在檢測分鐘尺度上的振蕩，因此這個黑洞系統處于最佳狀態 ?！?。
該研究的其他合著者包括麻省理工學院Kavli成員Christos Panagiotou、Joheen Chakraborty、Kevin Burdge、Riccardo Arcodia、Ronald Remillard和Jingyi Wang，以及來自其他多個機構的合作者 。
一切正常
Kara和Masterson是2018年觀測1ES 1927+654的團隊的一員，當時黑洞的日冕變暗 ， 然后隨著時間的推移慢慢重建 。有一段時間，新改造的日冕——一團高能等離子體和X射線——是天空中最亮的X射線發射物體 。
卡拉說：“它仍然非常明亮，盡管幾年來它沒有做任何新的事情，而且有點咯咯作響 。但我們覺得我們必須繼續監測它 ， 因為它太美了 ?！?。“然后我們注意到了一些以前從未真正見過的東西 。”
2022年，該團隊查看了歐洲航天局XMM-Newton對黑洞的觀測結果 ， 這是一個基于太空的天文臺，可以探測和測量黑洞、中子星、星系團和其他極端宇宙源的X射線發射 。他們注意到 ， 來自黑洞的X射線似乎以越來越高的頻率脈沖 。
這種“準周期振蕩”只在少數其他超大質量黑洞中被觀察到，在這些黑洞中，X射線閃光以規則的頻率出現 。
在1ES 1927+654的情況下，閃爍似乎在兩年內從每18分鐘一次穩步上升到每7分鐘一次 。
馬斯特森說：“我們從未見過它閃爍的速度有如此巨大的變化 ?！??！斑@看起來絕對不像一個正常的黑洞 ?！?br>在X射線波段檢測到閃光的事實表明 ， 源極有可能位于非?？拷诙吹哪硞€地方 。黑洞的最內層區域是高能環境，X射線是由快速移動的熱等離子體產生的 。
在更遠的距離不太可能看到X射線，因為氣體在吸積盤中的循環速度較慢 。磁盤的較冷環境可以發射光學和紫外線，但很少發出X射線 。
卡拉說：“在X射線中看到一些東西已經告訴你，你離黑洞很近了 。” 。“當你看到分鐘時間尺度上的變化時 ， 這接近于事件視界，你的第一件事就是圓周運動，以及是否有東西在圍繞黑洞運行 ?！?br>X射線激發
無論是什么產生了X射線閃光，都是在距離黑洞非常近的地方發生的，研究人員估計黑洞距離事件視界只有幾百萬英里 。
馬斯特森和卡拉探索了各種天體物理現象的模型，這些模型可以解釋他們觀察到的X射線模式，包括與黑洞日冕有關的可能性 。
馬斯特森說：“有一種觀點認為，這個日冕正在振蕩 ， 可能會來回擺動，如果它開始收縮 ， 隨著尺度變小，這些振蕩會變得更快 。” ?！暗覀冞€處于理解日冕振蕩的早期階段 ?！?br>一種更可能的情況 ， 也是科學家們在所涉及的物理學方面更好地掌握的情況，與一顆白矮星有關 。
馬斯特森說：“這些東西真的很小，也很緊湊，我們假設它是一顆離黑洞很近的白矮星 ?！?。
根據他們的模型，研究人員估計這顆白矮星的質量可能只有太陽的十分之一 。相比之下，超大質量黑洞本身的質量約為100萬太陽質量 。
當任何物體如此接近超大質量黑洞時 ， 預計會發射引力波，將物體拖得更靠近黑洞 。隨著它繞得越來越近，白矮星的移動速度越來越快 ， 這可以解釋研究小組觀察到的X射線振蕩頻率越來越高的原因 。
這顆白矮星幾乎處于不可逆轉的懸崖上，估計距離事件視界只有幾百萬英里 。然而，研究人員預測這顆恒星不會墜落 。
雖然黑洞的引力可能會將白矮星向內拉，但恒星也會將其外層的一部分脫落到黑洞中 。這種脫落起到了一個小的反沖作用，使得白矮星——一個非常緊湊的物體本身——可以抵抗穿過黑洞的邊界 。
卡拉說：“因為白矮星又小又緊湊，它們很難被撕碎，所以它們可以非常接近黑洞 ?！??！叭绻@種情況是正確的 ， 那么這顆白矮星就在轉折點，我們可能會看到它離得更遠 。”
該團隊計劃繼續使用現有和未來的望遠鏡觀測該系統，以更好地了解黑洞最內部環境中的極端物理學 。一旦天基引力波探測器LISA發射（目前計劃于2030年代中期發射），他們特別興奮地研究該系統，因為該系統應該發出的引力波將處于LISA可以清楚探測到的最佳位置 。
馬斯特森說：“我從這個來源中學到的一件事是，永遠不要停止研究它，因為它可能會教會我們一些新的東西 ?！??！跋乱徊骄褪潜牬笱劬?。”