首次，天文學家看著黑洞的日冕消失，然後重新出現
2020-07-17 科技領航人似乎宇宙有一種奇怪的幽默感。儘管冠殼病毒在世界各地肆虐，但距地球約一億光年的另一種完全不同的日冕卻神秘地消失了。
- 圖註：該圖顯示了稱為日冕的移動特徵如何在黑洞周圍產生X射線耀斑。黑洞日冕（以紫色表示的特徵）向內（左）聚集，變得更亮，然後遠離黑洞（中間和右邊）噴射流。天文學家不知道為什麼日冕會移動，但是他們已經知道，這一過程導致X射線光變亮，可以通過望遠鏡觀察到。
麻省理工學院和其他地方的天文學家們第一次目睹了超大質量黑洞自身的日冕，即環繞黑洞事件視界的超亮，十億度高能粒子環被摧毀。
儘管研究人員猜測，災難的根源可能是黑洞引力所吸引的恆星導致的，但這種劇烈變化的原因尚不清楚。就像一顆被扔進變速箱的小卵石一樣，恆星可能在黑洞的旋轉物質盤上彈跳，導致附近的所有物體，包括日冕的高能粒子，突然墜入黑洞。
正如天文學家所觀察到的，結果是在不到一年的時間內，黑洞的亮度急劇而出乎意料地下降了10,000倍。
「我們期望如此大的光度變化應在數千到數百萬年的時間尺度上變化。」麻省理工學院物理學助理教授艾琳·卡拉說，「但是在這個目標上，我們看到它在一年中變化了10,000，甚至在八小時內變化了100倍，這是完全聞所未聞的，而且確實令人難以置信。」
隨著黑洞日冕的消失，天文學家繼續觀察發現，黑洞開始慢慢將物質從其外邊緣拉到一起以重新形成其渦旋吸積盤，從而又開始旋轉高能X射線，使其靠近黑洞的事件視界。這樣，在短短幾個月內，黑洞就能夠產生新的日冕，幾乎恢復到其原始的光度。
「這似乎是我們第一次看到黑洞日冕首次消失，但隨後又重建了，我們正在實時觀看。」卡拉說，「這首先對於了解黑洞的日冕如何加熱和放電非常重要。」
卡拉和她的合著者，包括智利聖地牙哥迭戈波利斯大學的首席作者克勞迪奧·裡奇，今天在《天體物理學雜誌快報》上發表了他們的發現。合著者還包括麻省理工學院的羅恩·瑞米拉德（Ron Remillard)和德赫拉傑·帕沙姆（Dheeraj Pasham）。
靈活的「洗衣機」
2018年3月，一場突如其來的爆炸照亮了ASSASN的視野，這是超新星的全天候自動調查，它對整個夜空進行了超新星活動的調查。 調查記錄了1ES 1927 + 654的閃光，這是一個活躍的銀河核，即AGN，是一個超大質量黑洞，在銀河系的中心具有比正常亮度更高的亮度。ASSASN觀察到該物體的亮度躍升至其正常亮度的40倍左右。
「這是我們所熟悉的AGN，但不是很特別。」 卡拉說，「然後他們注意到，這個普通的AGN突然變亮，引起了我們的注意，我們開始將許多其他波長不同的其他望遠鏡對準它進行觀察。」
該團隊使用多個望遠鏡觀察了X射線、光學和紫外線波段中的黑洞。這些望遠鏡中的大多數都定期指向黑洞，例如每六個月記錄一整天的觀測數據。該團隊還每天用美國宇航局（NASA）的NICER觀察黑洞，NICER是一個較小的X射線望遠鏡，該望遠鏡安裝在國際空間站上，探測器由麻省理工學院的研究人員開發和製造。
「 NICER非常好，因為它非常靈活。」 卡拉說，「這是一架在國際空間站附近反彈的小『洗衣機』，它可以收集大量的X射線光子。每天，NICER可以快速瀏覽一下這個AGN，然後去做其他事情。」
通過頻繁的觀察，研究人員能夠捕獲到黑洞的亮度急劇下降，幾乎在他們所測量的所有波段中，尤其是在高能X射線波段中—觀察到的信號表明黑洞的日冕已經完全突然蒸發了。
「在ASSASN看到它經歷了巨大的瘋狂爆發之後，我們看著日冕消失了。」卡拉回憶說，「它變得不可檢測，這是我們從未見過的。」
晃動的閃光燈
物理學家不確定是什麼原因導致黑洞日冕形成，但他們相信這與穿過黑洞吸積盤的磁場線的結構有關。在黑洞物質旋轉盤的外部區域，磁場線或多或少以簡單的方式構成。物質越靠近內部，尤其是在事件視界附近，能量越多，從而可能導致磁場線扭曲和折斷，然後重新連接。如此糾纏的磁能可能使在黑洞附近旋轉的粒子旋轉，達到高能X射線的水平，形成環繞黑洞的冠狀日冕。
卡拉和她的同事們相信，如果一顆任性的恆星確實是日冕消失的罪魁禍首，那它首先會被黑洞的引力撕開，將恆星碎片散布在吸積盤上。這可能導致ASSASN捕獲的亮度暫時閃爍。天文學家稱之為「顛簸事件」，這種「潮汐破壞」將觸發磁碟中的許多物質突然掉入黑洞。它也可能致使磁碟的磁力線不堪重負，以致於它不再能夠生成並支持高能日冕。
最後一點對於理解黑洞日冕如何初次形成可能具有重要意義。根據黑洞的質量，在一定半徑範圍內，恆星一定會在一定半徑內被黑洞的引力吸引。
「這告訴我們，如果所有動作都在該潮汐破壞半徑內發生，則意味著支撐黑洞日冕的磁場配置必須在該半徑內。」 卡拉說，「這意味著，對於任何正常的黑洞日冕，該半徑內的磁場就是產生黑洞日冕的原因。」
研究人員計算出，如果確實有一顆恆星是造成黑洞缺失日冕的原因，並且如果在類似大小的超大質量黑洞中形成日冕，那麼它將在大約四光分鐘的半徑範圍內移動（距離距黑洞中心約7500萬公裡）。
卡拉說：「警告說，這一事件是由恆星的潮汐破壞引起的，這將是我們對黑洞日冕必須存在的最嚴格的限制。」
此後，黑洞日冕有了變化，以高能X射線照亮，該小組還能夠觀察到。它不像以前那樣明亮，但是研究人員正在繼續監視它，儘管頻率降低了，以查看該系統還有什麼功能。
「我們希望對此保持關注。」 卡拉說，「它仍然處於這種異常的高通量狀態，也許它將再次發瘋，所以我們不想錯過它。」
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