在2.5億光年外，發現黑洞周期性耀斑，每9小時發生一次X射線爆發

2020-08-28 科學之美

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巨大的黑洞像蠟燭一樣有規律地閃爍，但從2018年12月開始在GSN 069中看到快速、重複變化是完全新的東西。在接下來的幾個月裡，XMM-牛頓和NASA的錢德拉X射線天文臺一起進行了進一步的觀測，證實了遙遠的黑洞仍然保持著活動節奏，每隔9個小時就會發出幾乎周期性的X射線爆發，研究人員稱這種新現象為「準周期性爆發」（QPEs）。

X射線發射來自正在被吸進黑洞並在這個過程中加熱的物質。在吸積盤中有各種機制可以產生這種類型的準周期信號，潛在地與接近中心黑洞吸積流的不穩定性有關。或者噴發可能是由於盤狀物質與第二個黑的的相互作用，也或者可能是先前被黑洞破壞的恆星殘骸。儘管之前從未觀察到，Giovanni等天文學家認為像這樣的周期性耀斑，實際上在宇宙中可能是相當普遍的。

以前可能沒有發現這種現象，因為遙遠星系核心的大多數黑洞，質量是太陽質量的數百萬到數十億倍，比GSN 069中的黑洞要大得多，GSN 069的質量僅為太陽的40萬倍。黑洞越大，質量越大，它所顯示的亮度波動就越慢，因此一個典型的超大質量黑洞不會每隔九個小時爆發一次，而是每幾個月或幾年爆發一次。這將使檢測變得不太可能，因為觀察很少跨越這麼長的一段時間。

還有更多，像在GSN 069中發現的準周期噴發，可以提供一個自然框架來解釋在相當一部分活躍黑洞中觀察到一些令人費解的模式，這些黑洞的亮度似乎變化太快，很難用現有的理論模型來解釋。許多巨大的黑洞，亮度在幾天或幾個月內以非常大的因素上升或衰減，而研究人員預計的變化速度會慢得多。但是，如果其中一些變異性對應於類似於GSN 069中發現的噴發上升或衰減階段，那麼這些系統的快速變異性(目前看來不可行)自然可以解釋。

新數據和進一步研究將告訴我們這個類比是否真的成立。在GSN 069中發現的準周期性噴發也可以解釋在幾乎所有明亮、吸積的超大質量黑洞X射線發射中觀察到另一種有趣性質：所謂的「軟過剩」。它包括在低X射線能量下的增強發射，並且對於導致它的原因仍然沒有一致意見，一個領先的理論調用了在吸積盤附近加熱的電子云。和類似的黑洞一樣，GSN069在爆發期間表現出這樣的軟X射線過剩，而不是在噴發之間。西班牙歐空局天文中心XMM-牛頓操作小組的合著者理察·薩克斯頓(Richard Saxton)表示：

我們可能正在實時目睹軟過剩的形成，這可能會闡明其物理起源。目前還不清楚電子云是如何形成的，但天文學家正試圖通過研究噴發期間GSN 069的X射線光譜變化來確定機制。該小組已經在試圖確定GSN069在首次檢測到周期性噴發時定義屬性，以尋找更多的案例進行研究。馬德裡天體生物學中心的合著者Margherita Giustini說：近期的目標之一是在其他星系中尋找X射線準周期噴發，以進一步了解這種新現象的物理起源。

歐空局的XMM-Newton項目科學家Norbert Schartel說：GSN 069是一個非常吸引人的來源，有可能成為黑洞吸積領域的參考。如果沒有XMM-牛頓的能力，這個發現是不可能的。這些爆發發生在X射線波段的低能量部分，在那裡XMM-牛頓是無可匹敵的。如果我們想在未來發現更多這樣的事件，肯定需要再次使用天文臺。

博科園｜研究/來自：歐洲航天局

參考期刊《自然》

DOI: 10.1038/s41586-019-1556-x

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