银河系中心黑洞上演“光冒泡”奇观
银河系中心黑洞上演“光冒泡”奇观
AI划重点：
1.美国有线电视新闻网报道，天文学家利用詹姆斯·韦伯太空望远镜在银河系中心的超大质量黑洞人马座A附近捕捉到令人惊叹的动态耀斑现象。
2.这些耀斑可能源自吸积盘的内边缘或黑洞周围的强引力区，呈现出不断变化的亮度。
3.研究团队在一年时间内对人马座A进行了总时长48小时的观测，发现每次观测都有新的惊喜。
4.由于此，研究结果有望揭示黑洞的行为模式以及它们如何吞噬周围环境中的物质。
5.未来，韦伯望远镜的更多观测数据将有助于天文学家模拟吸积盘在黑洞周围的行为。
据美国有线电视新闻网报道，天文学家利用詹姆斯·韦伯太空望远镜，在银河系中心的超大质量黑洞——人马座A*附近，捕捉到了令人惊叹的动态耀斑现象。这些持续、快速的显示屏上，既有每天仅持续数秒的短闪，也有更长、更加耀眼的明亮耀斑。
韦伯望远镜的这次观测，是迄今为止围绕人马座A*进行的最长时间、最详尽的观测，基于过去对其高能活动的种种迹象。
尽管黑洞本身无法被直接看见，但围绕人马座A*旋转的热气体和尘埃盘，即吸积盘，所释放的耀斑却如同盛大的烟火表演。周二，一项详细描述这些发现的研究在《天体物理学期刊快报》上发表。
据美国宇航局介绍，天文学家认为，这些耀斑可能源自吸积盘的内边缘，即刚好超出黑洞事件视界（即连光也无法逃脱的边界）的区域，或者来自黑洞周围的强引力区。
“在我们的数据中，我们看到了不断变化的、冒泡般的亮度，”该研究的主要作者、西北大学温伯格文理学院的物理学和天文学教授法哈德·尤塞夫-扎德表示，“然后砰的一声！突然，一阵巨大的光芒冒了出来，随后又平静下来。我们找不到这个活动的规律，它似乎是随机的。每次观察这个黑洞的活动，都有新的惊喜。”
这些观测结果有望揭示黑洞的行为模式，以及它们如何吞噬周围环境中的物质。
观看天体界的烟花盛宴。黑洞强大的引力会从任何靠得太近的天体中吸入气体和尘埃。这些物质在高速旋转中相互碰撞，形成围绕黑洞旋转的吸积盘。物质的快速运动导致其升温，并以辐射的形式释放能量，同时还会形成未进入黑洞的物质射流。
这些辐射和射流能够改变星系中气体的分布方式，并为恒星的形成提供动力。因此，超大质量黑洞被视为星系中心的强大引擎。
尤塞夫-扎德及其同事在一年时间内，以每次8至10小时的增量，对人马*座A进行了总时长48小时的观测。他们使用韦伯望远镜的近红外相机，追踪黑洞的活动情况。在观测期间，团队每天都能探测到五到六次大型耀斑，以及数量更多的小型闪光。
“预计所有超大质量黑洞都会发生耀斑现象，但我们的黑洞却独具特色，”尤塞夫-扎德说，“它总是充满活力，似乎从未达到稳定状态。我们在2023年和2024年期间多次观测了这个黑洞，注意到了每次观测的变化。我们每次都能看到不同的景象，这真是太神奇了。”
尤塞夫-扎德认为，黑洞活动的变化可能是由于流入吸积盘的物质的随机性所致。
研究团队认为，这些短暂的光爆发是由吸积盘内微小的湍流波动产生的。这些波动可能会挤压热高能气体（即等离子体），并引发辐射闪光。
“这与太阳磁场聚集、压缩然后爆发太阳耀斑的方式类似，”尤塞夫-扎德说，“当然，这个过程更加壮观，因为黑洞周围的环境更加极端、能量更高。”
同时，当两个不同的磁场在黑洞附近碰撞并释放出以接近光速移动的高能粒子时，可能会出现更长、更大的耀斑。这被称为磁重联事件，类似于静电火花。
活动的“彩虹”。韦伯望远镜的强大功能使研究团队能够同时观察黑洞在两种不同波长的光上的耀斑现象。
“这就像以彩色而不是黑白的方式看待世界，”尤塞夫-扎德说，“我们发现了‘彩虹’。这更直接地揭示了耀斑活动的性质以及辐射机制的物理特性、磁场和耀斑的密度。”
加州大学洛杉矶分校物理学和天文学系副教授、银河中心小组副主任端·杜表示，这些观测结果有助于更深入地了解黑洞的活动亮度如何随时间变化。尽管他未参与这项研究，但过去曾领导过对人马座A*的研究。
当最新研究的作者同时观察来自黑洞的两种不同波长的光时，他们发现较短的波长在较长的波长之前发生了亮度变化。这一观察结果表明，当粒子围绕磁力线旋转时，它们会更快地失去能量。
在以前的研究以及韦伯望远镜和其他天文台的中红外仪器最近的补充数据中，已经注意到了亮度的这种变化。
杜认为，下一步的重要工作是尝试将这些不同的数据源结合起来，以形成对超大质量黑洞周围环境物理学的更完整理解。
加州大学洛杉矶分校物理与天文学系杰出研究教授马克·莫里斯表示，这项新研究还证实了黑洞具有“不间断的可变性”，这与之前的观察结果一致。尽管他未参与这项新研究，但他对黑洞的研究颇有建树。
莫里斯说：“X射线天文学家已经发现了相当有力的证据表明，在过去几百年中，至少发生了一次，也许是两次巨大的耀斑。其强度比我们过去25年仔细研究人马座A*时看到的任何一次耀斑都要大得多。”
那么，是什么原因导致了这些耀斑呢？莫里斯表示，天文学家仍然不知道确切答案，但黑洞有可能在几百年前吞噬了一颗行星。
当太阳释放太阳风暴时，科学家们会感到担忧，因为这种活动可能会影响GPS、通信和地球上的电网。然而，莫里斯指出，在25000光年之外的银河系中心，黑洞的高能量和可变活动并不令人担忧。但韦伯望远镜的观测却使研究人员能够了解物质在被拉向黑洞时被压缩和加热时所产生的“风暴”。
“除了对宇宙所能产生的最耀眼的烟花的纯粹兴趣之外，这些烟花还可以对它们所处的星系的演化产生深远的影响，”莫里斯说，“它们可以引发或阻碍大尺度的恒星形成，去除气体并清除星系中的物质，使它们无法再形成恒星。”
更长时间的观测计划。尽管研究作者并不认为这个黑洞正在经历不寻常的活动高峰，但他们仍计划进行连续24小时的观测，以确保这一点。
“我们还可以观察这些耀斑是否表现出周期性（或重复性），或者它们是否真的是随机的，”尤塞夫-扎德说。
天文学家仍然不知道人马座A*在吞噬物质时旋转的速度有多快，但更长时间的观测可能会提供找到答案所需的数据。
最终，韦伯望远镜对人马座A*的更多观测数据将有助于天文学家模拟吸积盘在黑洞周围的行为，并比较能量较弱的黑洞与较活跃的黑洞的行为。