射手座A *兩小時亮度增長75倍,宇宙中的黑洞為何如此奇怪?

2020-12-05 悟空科學

作者:石蘭(抄襲必究)

黑洞是宇宙天體中最具個性化的物體之一,不管是其極高的密度、巨大的質量,還是超強的引力,都讓它擁有了其他天體無法比擬的話題性。然而,正如它的與眾不同,黑洞也是難以研究的一個宇宙物體,它不僅代表了大物體和小物體之間的數學交叉,也是量子力學和亞原子粒子如何表現的科學。科學家們一直致力於研究黑洞所代表的極端環境中的數學,更試圖解釋黑洞的形成過程是怎樣的,包括我們位於銀河系中心位置的射手座A *。這是一個比我們太陽還要大460萬倍左右的龐然大物,看似安靜的它,卻並不如表面看上去那樣波瀾不驚。

射手座A *在兩個小時內增長了75倍

科學家們對射手座A *的觀察已有20年左右的時間,平日裡這個黑洞的核心並不活躍,亮度波動較小的它總是保持著低調的活動行為,雖然它並沒有停止向周圍空間中噴射光和熱。然而,這樣的平靜被研究人員眼前的景象打破,射手座A *在短短幾個小時之後,其亮度值竟然達到了正常值的75倍,並在隨後的時間裡恢復到正常水平。當然了,從技術這個層面來講,科學家所指的「看到」自然不是直接看到黑洞本身,但他們可以觀察黑洞周圍的其他事物。在光學光中是看不到眩光的,但這一切卻都會在近紅外線中發生,也就是紅外光譜中最接近光學的部分。

雖然,黑洞一直處於不斷變化的過程之中,但當射手座A *的表現得比往常更活躍的時候,事件視界會因為摩擦加熱而變得更加明亮。這一切就發生在2019年5月13日,射手座A *在短短的兩個小時之內,便達到了正常閃耀光度的75倍。這是曾經見過的射手座A *近紅外波長中最亮的,以至於研究人員一開始都將其誤認為是恆星S0-2。直到在後面的幾幀中觀察到了來源可變的基本事實,這才確認了它必須是黑洞射手座A *。眾所周知,在該黑洞的周圍,有一顆圍繞其運行的恆星SO-2,這是一組被稱為S-星的恆星之一,因為其特殊的位置,科學家們也一直在關注著它的一舉一動。這便是為什麼,耀眼的黑洞在一開始會讓研究人員不確定是它SO-2、還是射手座A *。

是什麼讓射手座A *產生了這樣的耀斑

首先,因為射手座A *在之前的觀察中就曾表現出過這樣的異常情況,儘管當時的亮度沒有達到如此之大,但至少說明了這樣的燃燒事件並不是前所未有的。因此,到底是什麼原因導致了射手座A *產生如此明亮的耀斑?關於這個問題的答案,就目前的研究而言,至少存在三種情況,可能有某些東西擾亂了射手座A *原本安靜的氛圍。第一種可能因素是我們現階段用於理解黑洞的統計模型本身並不準確,也就是說這並不是一個中斷,需要在後續的研究中更新模型,以將射手座A *的這些表現納入到「正常」範圍。

關於這個問題答案的第二種可能,則和氣體雲有關。科學家們早在2002年的時候,就認為在射手座A *中心附近看到了氫氣雲,並在2012年確認其存在、並命名為G2。在測量了該氣體雲溫度的同時,還對它們的軌跡進行了測量,但由於氣體雲在2013年的時候太接近黑洞,最終因為潮汐力而被撕裂。原本,科學家們以為那些從G2散發出的氣體會被吸入到射手座A *的吸積盤裡,並在被加熱的時候更明顯的閃耀,雖然這樣的情況並沒有像研究人員預計的那樣發生。但這並不能排除射手座A *這一次的異常燃燒和它無關,因為它仍然很有可能會因為太過靠近黑洞,而引發了這一系列事件的發生。

而另一種可能則讓整件事情變得更有趣了,或許黑洞附近的某些事情發生了不一樣的變化。比如我們之前剛剛提到過的SO-2,它是位於射手座A *附近的兩顆恆星之一。每隔16年,它都是橢圓軌道上最接近的星球,在2018年的中期時候,該恆星和黑洞射手座A *之間的距離就只有17個小時左右。正是因為如此近距離的位置關係,很可能會破壞周圍材料流入射手座A *的方式,所以才導致了在它們近距離靠近一年之後,發生了這次具有可變性的明亮燃燒事件。當然,由於SO-2本身相對而言並不是一顆特別巨大的恆星,所以,科學家們也並不確定其是否會導致這種類型的破壞。

宇宙中的黑洞為什麼如此奇怪

綜合所有的分析來看,射手座A *的異常燃燒可能都只是材料沒有穩定流入其內部所帶來的自然結果,那麼,唯一的方法便是在後續的探索中,繼續收集到更多有價值的信息。在已經過去的幾個月事件裡,銀河系的中心已經可見,並且參與探測的望遠鏡還有錢德拉、ALMA、斯皮策何斯威夫特等,這樣跨越多個波長的觀察結果,應該會更有利於幫助理解黑洞的真實情況,儘管收集到的這些數據尚未來得及進行更多的分析。並且,仍處於校準階段的新型太空望遠鏡ART-XC,也將自己的目標鎖定為黑洞。

黑洞跟宇宙中的許多其他物體一樣,儘管它們如此強大,但其最終走向也同樣可能是死亡,黑洞如何隨著時間的推移而發光和褪色的數學,都是其最終會消亡的證據之一。我們目前最好的黑洞形象,當屬位於M87星系中心的超大質量黑洞,無法被直接觀察到的它通過事件地平線望遠鏡(EHT)被捕獲到。簡而言之,我們所看到的黑洞圖像,實際上是它的事件視界,而我們今天所探討的射手座A *,便是該望遠鏡和科學家們的下一個目標。科學家們希望通過對射手座A *的更多觀察,以幫助人類理清這些大質量黑洞的作用。

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