近日，根據(jù)一篇發(fā)表于《天體物理學(xué)快報(bào)》上的論文，麻省理工學(xué)院(MIT)和智利 Diego Portales 大學(xué)的天文學(xué)家確認(rèn)，已首次觀測到了一個(gè)超大質(zhì)量黑洞的 “洞冕” 在一年時(shí)間里的強(qiáng)度突變，這在人類的天文觀測史上可謂是前所未有的事件。這里，“洞冕”指黑洞視界附近由高能粒子所構(gòu)成的一個(gè)發(fā)光的環(huán)，溫度可達(dá) 10 億攝氏度(我們的太陽也有類似的日冕)。

目前，研究人員認(rèn)為，這一距地球約一億光年處所發(fā)生的事件，很可能是由黑洞的 “洞冕” 被某種事件所摧毀造成，雖然根據(jù)當(dāng)前已有的理論，該事件由吞噬恒星導(dǎo)致的概率較大，因平衡被打破會導(dǎo)致黑洞附近的所有物體都突然墜入黑洞，包括視界周圍的高能粒子。

而隨著洞冕消失，此次所被觀測的黑洞又逐漸開始將邊緣的物質(zhì)拉至中間，并形成漩渦形的吸積盤，放出高能 X 射線，而新的洞冕則在短短幾個(gè)月的時(shí)間里就可形成。

研究論文主要作者，MIT 的物理學(xué)助理教授 Erin Kara 表示，按理來說，這種級別的洞冕強(qiáng)度變化應(yīng)該在以數(shù)百萬年論的時(shí)間跨度上才能發(fā)生，但此次觀測到的洞冕則在一年內(nèi)衰減了一萬倍，然后又在 8 小時(shí)內(nèi)回升了 100 倍，確實(shí)很令人難以置信，而且，這應(yīng)該是人類首次觀測到洞冕先 “消失” 再“重現(xiàn)”的情況。研究這一過程，對科學(xué)家 “了解黑洞的洞冕是如何逐漸升溫并獲取能量” 來說意義非凡。

發(fā)現(xiàn)的過程

2018 年 3 月，全星域超新星探測計(jì)劃(ASSASN)發(fā)現(xiàn)了一個(gè)名為 1ES 1927 + 654 的活動星系核(AGN)所發(fā)出的閃光，雖然該天體所發(fā)出的光的亮度為正常值的 40 倍左右，但它起初并沒有引起天文學(xué)家們的注意。

Erin Kara 說：“一開始，我們以為這就只是個(gè)普通的 AGN，但后來它突然變亮，而我們也由此才將更多的望遠(yuǎn)鏡對準(zhǔn)了它。”

根據(jù)論文，此次的研究使用了多個(gè)望遠(yuǎn)鏡設(shè)備對該 AGN 的 X 射線和紫外線波段信息進(jìn)行了觀測，而其中值得一提的是一臺由 MIT 設(shè)計(jì)和制造的小型 X 射線望遠(yuǎn)鏡 NICER。NICER 被安置在國際空間站上，可以被用來快速地對觀測對象進(jìn)行觀測，然后立馬投入對下個(gè)天體的觀測任務(wù)，進(jìn)而為天文學(xué)家們高效地產(chǎn)出高頻的觀測數(shù)據(jù)。

Erin Kara 說：“記得當(dāng)時(shí)，借助高頻的觀測信息，我們得以密切監(jiān)測該 AGN 的各項(xiàng)指數(shù)變化，但該黑洞洞冕的強(qiáng)度曾有一段時(shí)間減到‘不可被檢測到’的水平，這種情況我們前所未見。”

成因的猜想

當(dāng)前，天文學(xué)家們還并不知道黑洞視界周圍的洞冕是如何產(chǎn)生的，但目前一些初步的猜測認(rèn)為，這與貫穿黑洞吸積盤的磁場線結(jié)構(gòu)有關(guān)。相關(guān)猜測認(rèn)為，越接近黑洞吸積盤的外側(cè)，磁場線的分布結(jié)構(gòu)越簡單，而越接近黑洞吸積盤的內(nèi)側(cè)，磁場線分布越復(fù)雜(扭曲和斷掉及重連，原因是越接近內(nèi)側(cè)能量越大)，而吸積盤內(nèi)部的強(qiáng)磁場則有可能會導(dǎo)致黑洞附近的粒子旋轉(zhuǎn)，并加速至能放出 X 射線的水平，然后再借助這些粒子能形成黑洞的洞冕。

目前，Kara 與同事認(rèn)為，黑洞吞噬附近恒星的行為可能會造成這一問題，恒星會先被黑洞的引力撕碎，然后它的碎片會被吸附至黑洞，導(dǎo)致洞冕的亮度發(fā)生 “時(shí)強(qiáng)時(shí)弱” 的閃爍，而距黑洞中心，位于一個(gè) “潮汐干擾半徑” 距離內(nèi)的物質(zhì)則會落入黑洞，是黑洞的磁場線不堪重負(fù)進(jìn)而失去維持洞冕的能力。

Kara 認(rèn)為，如果此次觀測到的事件確由黑洞吞噬恒星造成，且假如黑洞的主要行為全部發(fā)生在 “潮汐干擾半徑” 內(nèi)，根據(jù)黑洞的質(zhì)量，我們便可推算出支撐洞冕的磁場結(jié)構(gòu)必須位于該半徑內(nèi)的結(jié)論，也就是該半徑內(nèi)的磁場是造成洞冕出現(xiàn)的原因。

根據(jù)推算，如果上述情況屬實(shí)，則在一個(gè)與此次觀測對象質(zhì)量水平類似的黑洞中，其洞冕將能在約 7500 萬公里的距離內(nèi)活動，對理論作出限制。

Kara 表示：“目前該黑洞的洞冕強(qiáng)度雖已大不如以前，但我們?nèi)阅軕{借該黑洞所發(fā)出的高能 X 射線對其進(jìn)行觀測。而我們當(dāng)前也仍在對其進(jìn)行觀測，因?yàn)槿绻摵诙吹亩疵岬膹?qiáng)度會再一次在短時(shí)間內(nèi)發(fā)生突變，我可不想錯(cuò)過它。”