超大质量黑洞中的神秘现象可能是由邻近的黑洞引起的

第二个黑洞穿过其超大质量伴星黑洞的吸积盘，引起宇宙“打嗝”。 （图片来源：uux.cn/MIT Jos-Luis Orr Ivarez）

据美国太空网络的罗伯特·李称，一个打嗝的超大质量黑洞向天文学家发出了一种全新类型的黑洞行为的警报。

2020年，位于距离地球约8亿光年的星系中心，一个质量相当于太阳5000万倍的黑洞突然爆炸，使周围的物质亮了1000倍。

研究小组认为，这些周期性爆炸是由第二个较小的黑洞引起的，该黑洞通过撞击“吸积盘”（超大质量黑洞周围的气体和尘埃盘）来反复“打嗝”物质。

这一发现挑战了关于黑洞吸积盘如何工作的现有观点。此前，科学家认为它是一个围绕中心黑洞旋转的均匀气体和尘埃盘。但新的结果表明，一些吸积盘可能含有奇异的成分，例如恒星或较小的次级黑洞。

“这是一头不同的野兽。它不符合我们对这些系统的任何了解。我们以为我们对黑洞了解很多，但这告诉我们黑洞可以做得更多，”团队成员麻省理工学院的Dheeraj 说。 ”卡维利天体物理和空间研究所的科学家帕沙姆在一份声明中说。

“我们认为可能还有更多这样的系统。我们需要更多的数据来找到它们，”帕萨姆补充道。

对中等质量黑洞绕超大质量黑洞运行并驱动周期性气体羽流的计算机模拟可能可以解释新的“打嗝”观测结果。 （图片来源：uux.cn/中科院天文研究所Petra Sukova）

寻找“异兽”黑洞系统

研究小组在检查全天超新星自动巡天（ASAS-SN）数据时首次了解了打嗝黑洞，该网络由遍布世界各地的20 台望远镜组成，每天扫描地球整个天空一次。

2020 年12 月，当ASAS-SN 自动扫描天空时，机器人望远镜在迄今为止静止的天空中看到了一束光束，其中包含一个距我们约8 亿光年的星系。帕萨姆使用美国宇航局国际空间站(ISS) 上的中子星内部成分探测器(NICER) X 射线望远镜来跟踪耀斑。

帕萨姆必须迅速采取行动，因为国际空间站望远镜的时间已经不多了，该望远镜用于搜索中子星、黑洞和其他极端重力现象中喷出的X 射线爆发。有点运气。

“要么使用它，要么失去它，这是我有过的最幸运的突破，”帕萨姆说。

研究人员发现，该星系正在持续爆炸，并且爆炸持续大约四个月。在对爆炸的NICER 观察中，帕萨姆注意到一种奇怪的模式，其中X 射线和爆炸能量每8.5 天就会微妙地减少。该信号大致类似于系外行星经过恒星表面或短暂阻挡星光时发生的光减弱。

“我摸不着头脑，想知道这意味着什么，因为这种模式与我们对这些系统的了解不符，”帕萨姆补充道。

艺术家对国际空间站NICER 任务的插图。 （图片来源：uux.cn/NASA戈达德太空飞行中心）

当帕沙姆发现研究表明银河系中心的超大质量黑洞可能被质量比太阳大100 到10,000 倍的中等质量黑洞包围时，他的困惑得到了缓解。

这些小黑洞可能通过进出超大质量黑洞的吸积盘来绕较大的黑洞运行。当它穿过这些气体和尘埃时，较小的黑洞会释放出一股气体。每次潜水都会产生另一股羽流，从而形成这些“打嗝”的圆形图案。

如果这些羽流指向地球，受影响系统的能量可能会突然下降。这是因为吸积盘发出的光会周期性地被阻挡，就像移动的系外行星发出的星光一样。

“我对这个理论感到非常兴奋，所以我立即给他们发了电子邮件说，‘我想我们正在看到你的理论所预测的内容，’”帕萨姆补充道。

这促使这项试点研究的作者创建了包含NICER 数据的模拟。这证实了观测到的8.5 天信号很可能是一个小黑洞穿过其较大的超大质量黑洞伴星吸积盘的结果。

为什么超大质量黑洞会打嗝？意大利面太多了

但这仍然无法解释为什么超大质量黑洞在——突然爆炸，以及为什么这些爆炸会周期性地变暗。研究小组认为，黑洞的产生是因为恒星最近太靠近其外边界或“事件视界”。

超大质量黑洞的巨大引力影响会对接近的恒星产生巨大的潮汐力，垂直拉伸它们并水平压缩它们，这个过程称为“碎片”。这导致恒星因潮汐塌陷而破碎，吸积盘因强烈的光爆发和突然涌入的物质而变亮。

插图显示了潮汐崩溃事件中黑洞撕裂并吞噬恒星的后果（图片来源：uux.cn/NASA戈达德太空飞行中心/Chris Smith（NASA）NASA/科学技术研究所）

就新观测到的星系而言，添加的物质似乎在四个月的爆炸期间为超大质量黑洞提供了能量，这也可能导致较小的次级黑洞在穿过物质时释放出比平常更多的能量。这是。气体羽流。

帕萨姆说：“我们看到物体以各种角度进入和穿过圆盘的证据，这挑战了黑洞周围简单气体圆盘的现有图像。” “我们认为这些系统的数量是巨大的。”

理查德·萨克斯顿(Richard Saxton) 是马德里欧洲空间天文学中心的X 射线天文学家，他没有参与这项研究。他说，这些新发现以及用于探测它们的技术最终将帮助天文学家更好地了解超大质量黑洞及其居住的奇异环境。

萨克斯顿在一份声明中说：“这些结果表明，非常接近的超大质量黑洞双星可能在星系核中很常见，这对于未来引力波探测器来说是一个非常令人兴奋的发展。” “这是一个很好的例子，说明我们如何利用被摧毁恒星的残余物来照亮仍然黑暗的银河系中心内部。这类似于使用荧光染料来查找管道中的泄漏。”

该团队的研究成果于周三（3 月27 日）发表在期刊《科学进展》 上。