超大質(zhì)量黑洞是宇宙中質(zhì)量最大的天體之一,它們的巨大引力就像膠水一樣,將整個(gè)星系聯(lián)結(jié)在一起。但大部分的超大質(zhì)量黑洞實(shí)際上是處于休眠狀態(tài)之中的。
但天文學(xué)家近日發(fā)現(xiàn),有一個(gè)休眠中的黑洞竟然“死而復(fù)生”,并且表現(xiàn)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(jìn)行詳細(xì)的觀察。
通常來說,休眠中的黑洞不會發(fā)出任何光線或輻射,因?yàn)樗鼈儧]有吞噬物質(zhì)。人們只能根據(jù)這些黑洞周圍恒星的運(yùn)行規(guī)律,間接地觀察到它們。但美國馬里蘭大學(xué)和密歇根大學(xué)的天文學(xué)家近日觀察到,在超大質(zhì)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(gè)超大質(zhì)量黑洞位于天龍座的一個(gè)小型星系中央,距地球約38億光年。它似乎剛從休眠狀態(tài)中恢復(fù)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(gè)吸積盤,被恒星撕碎時(shí)發(fā)出的X射線所照亮。
進(jìn)行此次研究的主要人物,馬里蘭大學(xué)的天文學(xué)家艾琳·卡拉博士說:“在發(fā)現(xiàn)這一現(xiàn)象之前,一直沒有可靠的證據(jù)說明我們觀察到了吸積盤最靠里面的區(qū)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(yuǎn)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(shí)非常靠近中央黑洞?!?/p>
當(dāng)恒星太過靠近一個(gè)休眠的黑洞時(shí),就會被黑洞撕碎,這種現(xiàn)象名叫“潮汐瓦解事件”。這一事件發(fā)生時(shí),有時(shí)會被發(fā)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(diǎn)。
卡拉博士指出:“大多數(shù)‘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(jīng)至少發(fā)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?!?/p>
長時(shí)間以來,天文學(xué)家一直認(rèn)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(chǎn)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(xué)家這次卻觀察到X射線在吸積盤內(nèi)部四處反彈,為上述假設(shè)提供了新的視角。
該研究團(tuán)隊(duì)利用X射線反射測繪技術(shù),繪制出了吸積盤的內(nèi)部圖像,原理類似于利用聲波的回聲延遲時(shí)間來繪制海床或峽谷地圖。
研究人員通過計(jì)算得出,從吸積盤中不同區(qū)域鐵原子上反射回來的X射線信號的到達(dá)時(shí)間之間存在輕微的延遲??ɡ┦空f道:“打個(gè)比方,我們知道在大音樂廳中,聲音是如何產(chǎn)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(jì)算出音樂廳的形狀?!薄坝肵射線繪制吸積盤內(nèi)部圖像也是同理。這是一種全新的技術(shù),目前才發(fā)展了6年時(shí)間。”
到目前為止,天文學(xué)家對超大質(zhì)量黑洞的了解大部分來自于目前仍在吸收和吞噬物質(zhì)的活躍黑洞。但業(yè)界認(rèn)為,這些黑洞只占到了宇宙中全部超大質(zhì)量黑洞的10%。
此次研究的共同作者——馬里蘭大學(xué)的天文學(xué)家克里斯·雷諾茲教授說:“弄清宇宙中的黑洞總數(shù)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(xiàn)在處于休眠狀態(tài),它們以前也并非如此。如果我們只關(guān)注活躍狀態(tài)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(zhuǎn)情況和質(zhì)量可能都比較接近,因此我們必須對全體黑洞進(jìn)行研究,才能保證結(jié)果不出現(xiàn)偏差。”
利用反射測繪技術(shù)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(zhuǎn)情況。不僅如此,我們還能對這樣的事件進(jìn)行追蹤,觀察當(dāng)黑洞回到休眠狀態(tài)時(shí),吸積盤是如何停止轉(zhuǎn)動、能量是如何消散的。這些狀態(tài)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(wǎng)