史上首次觀測！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《天體物理學快報》上的論文，麻省理工學院和智利 Diego Portales 大學的天文學家確認，已首次觀測到了一個超大質(zhì)量黑洞的 “洞冕” 在一年時間里的強度突變，這在人類的天文觀測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成的一個發(fā)光的環(huán)，溫度可達 10 億攝氏度（我們的太陽也有類似的日冕）。研究人員根據(jù)當前已有的理論，該事件由吞噬恒星導致的概率較大，因平衡被打破會導致黑洞附近的所有物體都突然墜入黑洞，包括視界周圍的高能粒子。

而隨著洞冕消失，此次所被觀測的黑洞又逐漸開始將邊緣的物質(zhì)拉至中間，并形成漩渦形的吸積盤，放出高能 X 射線，而新的洞冕則在短短幾個月的時間里就可形成。研究論文主要作者，MIT 的物理學助理教授艾琳·卡拉表示，按理來說，這種級別的洞冕強度變化應該在以數(shù)百萬年論的時間跨度上才能發(fā)生，但此次觀測到的洞冕則在一年內(nèi)衰減了一萬倍，然后又在 8 小時內(nèi)回升了 100 倍，確實很令人難以置信，而且，這應該是人類首次觀測到洞冕先 “消失” 再“重現(xiàn)”的情況。研究這一過程，對科學家 “了解黑洞的洞冕是如何逐漸升溫并獲取能量” 來說意義非凡。

發(fā)現(xiàn)的過程

2018 年 3 月，全星域超新星探測計劃（ASSASN）發(fā)現(xiàn)了一個名為 1ES 1927 + 654 的活動星系核（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，但它起初并沒有引起天文學家們的注意。

艾琳·卡拉說：“一開始，我們以為這就只是個普通的 AGN，但后來它突然變亮，而我們也由此才將更多的望遠鏡對準了它。”根據(jù)論文，此次的研究使用了多個望遠鏡設備對該 AGN 的 X 射線和紫外線波段信息進行了觀測，而其中值得一提的是一臺由 MIT 設計和制造的小型 X 射線望遠鏡 NICER。NICER 被安置在國際空間站上，可以被用來快速地對觀測對象進行觀測，然后立馬投入對下個天體的觀測任務，進而為天文學家們高效地產(chǎn)出高頻的觀測數(shù)據(jù)。艾琳·卡拉說：“記得當時，借助高頻的觀測信息，我們得以密切監(jiān)測該 AGN 的各項指數(shù)變化，但該黑洞洞冕的強度曾有一段時間減到‘不可被檢測到的水平，這種情況我們前所未見。”

成因的猜想

當前，天文學家們還并不知道黑洞視界周圍的洞冕是如何產(chǎn)生的，但目前一些初步的猜測認為，這與貫穿黑洞吸積盤的磁場線結構有關。相關猜測認為，越接近黑洞吸積盤的外側，磁場線的分布結構越簡單，而越接近黑洞吸積盤的內(nèi)側，磁場線分布越復雜（扭曲和斷掉及重連，原因是越接近內(nèi)側能量越大），而吸積盤內(nèi)部的強磁場則有可能會導致黑洞附近的粒子旋轉，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，卡拉與同事認為，黑洞吞噬附近恒星的行為可能會造成這一問題，恒星會先被黑洞的引力撕碎，然后它的碎片會被吸附至黑洞，導致洞冕的亮度發(fā)生 “時強時弱” 的閃爍，而距黑洞中心，位于一個 “潮汐干擾半徑” 距離內(nèi)的物質(zhì)則會落入黑洞，是黑洞的磁場線不堪重負進而失去維持洞冕的能力。卡拉認為，如果此次觀測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結構必須位于該半徑內(nèi)的結論，也就是該半徑內(nèi)的磁場是造成洞冕出現(xiàn)的原因。根據(jù)推算，如果上述情況屬實，則在一個與此次觀測對象質(zhì)量水平類似的黑洞中，其洞冕將能在約 7500 萬公里的距離內(nèi)活動，對理論作出限制。（本刊綜合整理）（編輯/克柯）