休眠黑洞“死而復生”

超大質量黑洞是宇宙中質量最大的天體之一，它們的巨大引力就像膠水一樣，將整個星系聯結在一起。但大部分的超大質量黑洞實際上是處于休眠狀態之中的。

但天文學家近日發現，有一個休眠中的黑洞竟然“死而復生”，并且表現得十分狂暴，將一顆離得很近的恒星“撕”成了碎片。這一過程中釋放出了大量X射線，讓研究人員首次得以對休眠中的黑洞進行詳細的觀察。

通常來說，休眠中的黑洞不會發出任何光線或輻射，因為它們沒有吞噬物質。人們只能根據這些黑洞周圍恒星的運行規律，間接地觀察到它們。但美國馬里蘭大學和密歇根大學的天文學家近日觀察到，在超大質量黑洞Swift J1644+57周圍，有一些X射線在一堆圓盤形的廢墟周圍來回反彈。

這個超大質量黑洞位于天龍座的一個小型星系中央，距地球約38億光年。它似乎剛從休眠狀態中恢復了活力，摧毀了一顆恒星。在黑洞吞噬了這顆恒星之后，恒星剩下的部分在黑洞周圍形成了一個吸積盤，被恒星撕碎時發出的X射線所照亮。

進行此次研究的主要人物，馬里蘭大學的天文學家艾琳·卡拉博士說：“在發現這一現象之前，一直沒有可靠的證據說明我們觀察到了吸積盤最靠里面的區域。我們原本以為這些輻射來自于朝向我們的黑洞噴流，或者位置要更偏遠些，不在中央黑洞附近。而最新的這次研究說明，我們觀察到的X射線其實非常靠近中央黑洞。”

當恒星太過靠近一個休眠的黑洞時，就會被黑洞撕碎，這種現象名叫“潮汐瓦解事件”。這一事件發生時，有時會被發出的X射線所照亮。而周圍的碎片圈就像手電筒燈泡周圍的反射層一樣，將釋放出的輻射反射出去，并聚焦于一點。

卡拉博士指出：“大多數‘潮汐瓦解’事件并不會釋放出這么多的高能X射線。但到目前為止，已經至少發生了三次這樣的事件，只不過這是第一次在高潮階段就被我們觀察到的事件。”

長時間以來，天文學家一直認為，在“潮汐瓦解”事件期間，高能X射線由在黑洞外面的相對論噴流中產生，即由黑洞噴射出的、速度接近光速的高能粒子束。但天文學家這次卻觀察到X射線在吸積盤內部四處反彈，為上述假設提供了新的視角。

該研究團隊利用X射線反射測繪技術，繪制出了吸積盤的內部圖像，原理類似于利用聲波的回聲延遲時間來繪制海床或峽谷地圖。

研究人員通過計算得出，從吸積盤中不同區域鐵原子上反射回來的X射線信號的到達時間之間存在輕微的延遲。卡拉博士說道：“打個比方，我們知道在大音樂廳中，聲音是如何產生回聲的。既然我們已知聲音的速度，我們就可以利用回聲的延遲狀況，計算出音樂廳的形狀。”“用X射線繪制吸積盤內部圖像也是同理。這是一種全新的技術，目前才發展了6年時間。”

到目前為止，天文學家對超大質量黑洞的了解大部分來自于目前仍在吸收和吞噬物質的活躍黑洞。但業界認為，這些黑洞只占到了宇宙中全部超大質量黑洞的10%。

此次研究的共同作者——馬里蘭大學的天文學家克里斯·雷諾茲教授說：“弄清宇宙中的黑洞總數量是很重要的。黑洞在宇宙的演變過程中扮演了重要的角色，因此即使它們現在處于休眠狀態，它們以前也并非如此。如果我們只關注活躍狀態的黑洞的話，我們獲取的樣本也許會存在很大的偏差。這些黑洞的旋轉情況和質量可能都比較接近，因此我們必須對全體黑洞進行研究，才能保證結果不出現偏差。”

利用反射測繪技術研究潮汐瓦解事件也許能幫助我們在將來探索黑洞的旋轉情況。不僅如此，我們還能對這樣的事件進行追蹤，觀察當黑洞回到休眠狀態時，吸積盤是如何停止轉動、能量是如何消散的。這些狀態此前只在教科書中描述過，也許今后我們終將能親眼觀察到它們。

●資料來源：探索網