“研究或許表明，類似于白矮星的星體在很長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)，徘徊于黑洞的邊緣?！?/p>
插圖：一顆白矮星在超大質(zhì)量黑洞邊緣搖搖欲墜（圖源：NASA/Sonoma State University, Aurore Simonnet）
天文學(xué)家通過(guò)XMM-牛頓X射線望遠(yuǎn)鏡，觀測(cè)到一個(gè)本就行為神秘的超大質(zhì)量黑洞又展現(xiàn)出新的怪象。
麻省理工學(xué)院的團(tuán)隊(duì)認(rèn)為，這可能是某顆"膽大包天"的白矮星在黑洞邊緣徘徊而導(dǎo)致的能量爆發(fā)。
這個(gè)編號(hào)為1ES 1927+654的黑洞距離地球約2.7億光年，質(zhì)量相當(dāng)于14億個(gè)太陽(yáng)。它早在2018年就曾震驚學(xué)界——周圍的等離子體云（日冕）突然消失又重現(xiàn)。
當(dāng)團(tuán)隊(duì)開始研究其x射線的爆發(fā)頻率時(shí)，數(shù)據(jù)結(jié)果更令人費(fèi)解：頻率從每18分鐘一次加速到每7分鐘一次。這對(duì)于黑洞是前所未有的行為。
白矮星是類似太陽(yáng)質(zhì)量的恒星死亡后留下的恒星殘骸。如果這些怪異的現(xiàn)象是由一顆繞行的白矮星造成的，那么這顆死星正在上演一場(chǎng)令人難以置信的平衡表演。
"這是我們已知最接近黑洞視界的幸存天體，"研究共同負(fù)責(zé)人梅根·馬斯特森解釋，"表明白矮星這類天體能在事件視界附近相對(duì)長(zhǎng)期存在。"
插圖：白矮星環(huán)繞黑洞邊緣（圖源：NASA/Sonoma State University, Aurore Simonnetitalic）
研究團(tuán)隊(duì)提出，如果真是白矮星在"走鋼絲"，未來(lái)或可通過(guò)引力波探測(cè)驗(yàn)證。
雖然現(xiàn)有LIGO探測(cè)器靈敏度不足，但預(yù)計(jì)2030年代發(fā)射的LISA空間天線可能捕捉到這種時(shí)空漣漪。
"這類新型探測(cè)器專門捕捉分鐘級(jí)的波動(dòng)，恰好匹配這個(gè)系統(tǒng)。"物理學(xué)家艾琳·卡拉補(bǔ)充道。
黑洞的"黑歷史"
1ES 1927+654可謂劣跡斑斑。七年前其日冕神秘消失又重生時(shí)，亮度曾短暫成為地球天空中最強(qiáng)的X射線源。這一奇怪的舉動(dòng)也引得研究團(tuán)隊(duì)持續(xù)關(guān)注。
"盡管明亮依舊，但之后兩年它卻安分守己。我們始終盯著這個(gè)'美人'，"卡拉解釋道，"果然這次又逮到前所未見的把戲。"
插圖：XMM-牛頓望遠(yuǎn)鏡（圖源：D. Ducros; ESA/XMM-Newton, CC BY-SA 3.0 IGO）
通過(guò)XMM-牛頓望遠(yuǎn)鏡數(shù)據(jù)，團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)這個(gè)黑洞的X射線脈動(dòng)頻率持續(xù)加速，兩年內(nèi)從18分鐘縮短至7分鐘。
"我們從未見過(guò)這樣的變化，普通超大質(zhì)量黑洞絕不會(huì)這樣'抽風(fēng)'。"馬斯特森強(qiáng)調(diào)。
1ES 1927+654在X射線中出現(xiàn)的閃爍現(xiàn)象為麻省理工學(xué)院的研究團(tuán)隊(duì)提供了一個(gè)非常重要的線索，用于解釋這種奇怪行為的成因。
死亡邊緣的芭蕾
X射線最可能產(chǎn)生于黑洞附近狂暴的等離子體湍流區(qū)——那里充斥著高速運(yùn)動(dòng)的熾熱物質(zhì)。而在等離子體溫度更低、運(yùn)動(dòng)更緩慢的較遠(yuǎn)區(qū)域，這種高能輻射就罕見得多。
"能觀測(cè)到X射線信號(hào)，說(shuō)明你已經(jīng)非常接近黑洞了，"卡拉解釋道，"當(dāng)發(fā)現(xiàn)分鐘級(jí)的輻射波動(dòng)時(shí)，就意味著源頭幾乎緊貼著事件視界。這時(shí)候我們首先想到的，就是可能有天體正在繞黑洞做軌道運(yùn)動(dòng)。"
研究團(tuán)隊(duì)確認(rèn)，這些X射線的源頭就位于超大質(zhì)量黑洞的外邊界（即"事件視界"）數(shù)百萬(wàn)英里范圍內(nèi)。事件視界是每個(gè)黑洞周圍的臨界點(diǎn)，此處的引力強(qiáng)大到連光速都無(wú)法逃脫。
對(duì)于1ES 1927+654的異常表現(xiàn)，麻省理工團(tuán)隊(duì)提出兩種主要假說(shuō)，第一種與黑洞的日冕活動(dòng)有關(guān)。
"一種可能是日冕在振蕩，就像來(lái)回?cái)[動(dòng)的鐘擺，"馬斯特森描述道，"如果日冕開始收縮，隨著尺度變小，振蕩頻率就會(huì)加快。不過(guò)目前我們對(duì)日冕振蕩機(jī)制的認(rèn)識(shí)還非常初步。"
插圖：1ES 1927+654 黑洞（圖源：NASA’s Goddard Space Flight Center）
更被學(xué)界認(rèn)可的解釋則與一位"宇宙冒險(xiǎn)家"有關(guān)——一顆質(zhì)量約為太陽(yáng)10%、正在黑洞邊緣"走鋼絲"的白矮星。
在這個(gè)假設(shè)場(chǎng)景中，當(dāng)白矮星繞行1ES 1927+654時(shí)，會(huì)持續(xù)釋放引力波。這種能量損失會(huì)導(dǎo)致這顆死亡恒星逐漸向黑洞靠近，軌道速度隨之加快，從而使得X射線爆發(fā)的頻率越來(lái)越高。
盡管這顆白矮星幾乎已經(jīng)到達(dá)有去無(wú)回的臨界距離，但麻省理工團(tuán)隊(duì)認(rèn)為它不會(huì)立即墜入黑洞。因?yàn)樵诤诙匆ν献О装窍騼?nèi)運(yùn)動(dòng)的同時(shí)，白矮星正在不斷拋射物質(zhì)。這種物質(zhì)拋射產(chǎn)生了反向推力，就像宇宙版的"剎車系統(tǒng)"，使白矮星得以懸停在事件視界之外。
"白矮星體積小密度高，很難被潮汐力撕碎，所以能如此貼近黑洞，"卡拉解釋道，"如果這個(gè)模型正確，那么這顆白矮星正處于軌道轉(zhuǎn)折點(diǎn)，未來(lái)我們可能會(huì)觀測(cè)到它逐漸遠(yuǎn)離。"
研究團(tuán)隊(duì)計(jì)劃持續(xù)監(jiān)測(cè)1ES 1927+654，并將動(dòng)用更先進(jìn)的望遠(yuǎn)鏡陣列。他們還寄希望于2030年代發(fā)射的LISA引力波探測(cè)器，期待能"聆聽"到這個(gè)無(wú)畏白矮星在黑洞邊緣掙扎時(shí)產(chǎn)生的時(shí)空漣漪。
"從這個(gè)天體身上我學(xué)到最重要的一課就是：永遠(yuǎn)不要停止觀察，"馬斯特森總結(jié)道，"下一步我們要做的就是保持警惕、持續(xù)關(guān)注。"該研究成果已于1月13日在美國(guó)天文學(xué)會(huì)第245次年會(huì)上發(fā)布，論文將發(fā)表于《自然》期刊。
（編者注：黑洞質(zhì)量已修正為14億倍太陽(yáng)質(zhì)量，而非此前誤報(bào)的100萬(wàn)倍）
BY:Robert Lea
FY:忙碌的北門
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