相隔100光年，一個黑洞和一團氣體雲「鎖」了。前者射出的噴流和後者釋放出的伽瑪射線保持節奏一致。
來自德國電子同步加速器中心(DESY)、西班牙空間科學研究所和南京大學等機構的研究人員近日在《自然-天文學》（Nature Astronomy）上發表論文，報告了這種令人驚奇的遠程關聯，題為《微類星體SS 433驅動的伽瑪射線心跳》。
論文的第一作者兼通訊作者、DESY洪堡學者李劍博士在接受澎湃新聞專訪時表示，這種神秘「遙控」機制還需要更多的後續觀測和理論分析。他相信，在未來數年裡，SS 433是個檢驗微類星體附近宇宙射線產生和傳播理論的試驗田。
宇宙中的「粒子加速器」類星體是1960年代的四大天文發現之一，它的尺度遠小於星系，亮度卻奇大無比。後來，科學家們發現類星體的中心通常是一個質量動輒達到數百倍太陽的超大質量黑洞，在吞噬周圍物質的過程中形成高能噴流。
而微類星體顧名思義，是微縮版本的類星體。以該研究中的SS 433為例，它由一個10到20倍太陽質量的恆星級黑洞，和一顆約30倍太陽質量的恆星構成。兩者以13天為周期，互相旋轉共舞，過程中恆星物質源源不斷地被黑洞吸走。
微類星體SS 433和100光年外的氣體雲「鎖」了 來源：DESY
「物質掉進黑洞前會形成一個旋轉的吸積盤，就像水在下水道口會形成漩渦。」李劍說道。「然而，其中一部分物質沒有掉進下水道，反而高速噴出，在吸積盤的兩面形成兩股方向相反的噴流。」
這類微類星體猶如宇宙中的天然粒子加速器，高能粒子噴流在黑洞附近的強磁場下會產生從射電波段到伽瑪射線的多波段輻射。
100光年外的遙相呼應李劍從2014年起尋找微類星體附近的伽瑪射線。他和合作者選中了SS 433這個獨特系統。
SS 433位於銀河系內的天鷹座，距離地球15000光年。它持續強勁地向外部星際空間噴射物質，像吹氣球般孕育了W50星雲。
李劍解釋道，選擇SS 433是因為它是銀河系內唯一一個處在超臨界吸積狀態(supercritical accretion)的緻密星體, 有著穩定、持續且高能量的噴流，在多波段都有輻射。其次，作為一個著名的微類星體，以往積累的觀測數據比較多，對系統參數了解的相對充分。
有趣的是，SS 433黑洞吸積盤和兩個天體旋轉的軌道並不完全處於同一平面，而是有規律地「搖擺」，專業術語稱為進動。這導致兩股噴流也並非直線，而是螺旋射出，「搖擺」進動的周期大約是162天。
當時，研究團隊分析了NASA費米太空望遠鏡過去6年的數據，並沒有找到明顯源於SS 433的伽瑪射線信號。此後，他們持續追蹤了5年，終於在2019年發現有一片區域周期性地釋放伽瑪射線，節奏與SS 433的搖擺相呼應，標記為費米J1913+0515。
然而，這是一片黑暗區域，並不存在任何已知星體。到底是什麼在與黑洞遙相呼應呢？位于波多黎各的阿雷西博射電望遠鏡給出了答案：那個位置存在一團氣體雲。
為何「心跳」？到了這裡，謎題還沒有完全揭開。要知道，這團氣體雲與黑洞相距100光年，甚至都不在噴流的方向上，這種遠程關聯令人驚奇。
李劍表示，噴流直接周期性地點亮氣體雲不太可能，經過與星際介質的相互作用，黑洞噴流的螺旋形態在幾個進動周期後就會消失。
研究團隊給出的一種可能解釋是，噴流末端或黑洞附近產生了高速的質子，從吸積盤邊緣溢出。每當這些比原子還小的粒子擊中了一小團稠密的分子氣體雲，就會產生伽瑪射線。這就解釋了周期性「心跳」的產生。
為了驗證這一想法，李劍和合作者在本月用西班牙IRAM 30米望遠鏡進行了共計16小時的觀測，以尋找假設中的稠密分子雲。這些新的觀測數據將幫助找到神秘宇宙「心跳」的真正起源。
此外，團隊還計劃尋找雲塊是否有更高能的伽瑪射線輻射，或者X射線輻射。
「理論方面則是基於觀測現象，進一步給出更完善的模型解釋。目前我們的模型還有不少問題。」李劍說道。
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