黑洞为宇宙中最明亮的天体提供能量,为什么我们的天体如此平静?

一个艺术家的概念画出了一个质量是太阳几百万到几十亿倍的超大质量黑洞。(照片:美国国家航空航天局/姓名(公共领域)/维基共享)

尽管黑洞被称为吞噬一切的黑暗空间,但了解到黑洞是宇宙中已知的最明亮现象的罪魁祸首可能会让人感到惊讶。这种显著的对比是可能的,因为黑洞产生了强烈的力量,撕裂了所有接近的物质,并将气体云变成燃烧的光灯塔。

有时候,就像下面NASA喷气推进实验室的动画所显示的那样,这些灯光秀的数量级可能会让人难以理解。2019年7月31日,美国宇航局的斯皮策望远镜捕捉到两个黑洞之间的轨道碰撞产生的光比一万亿颗恒星的光还要亮,亮度是我们银河系的两倍多!

饥饿的宇宙熔炉

黑洞之所以能够产生这些光秀,是因为它们对任何胆敢过于接近它们的势力范围的事物都进行破坏的方式。当物质和气体旋转向黑洞中心时,它会形成一个吸积盘,其中的粒子会被加热到数百万度。然后,电离物质以双光束的形式沿旋转轴喷射出来。

根据我们从地球的角度来看,这些喷流可以被称为类星体(从一个角度看地球)、耀blazar(直接指向地球)或射电星系(垂直于地球)。无论如何,这些光秀——它们是已知的绝对最亮的——以及它们伴随的无线电发射帮助研究人员发现了新的黑洞,否则它们可能无法被发现。

我们自己安静的巨人

虽然大多数黑洞都非常活跃,足以在电磁波谱上产生光,但银河系中心的超大质量黑洞却相对安静。被命名为人马座A*,质量大约是我们太阳的400万倍,研究人员正试图弄清楚为什么这颗巨星是一个深度睡眠者。

“作为一个黑洞,作为一个充满能量的系统,它几乎死了,”位于夏威夷希洛的中国科学院天文与天体物理研究所的杰弗里·鲍尔(Geoffrey Bower)说告诉广达电脑杂志

差不多,但不完全是。2019年5月,在夏威夷WM Keck天文台通过红外观测人马座A*的科学家惊讶地发现它产生了极其明亮的耀斑。你可以在下面看到事件的延时。

加州大学洛杉矶分校的天文学家Tuan Do说:“这个黑洞太亮了,我一开始误以为它是S0-2恒星,因为我从未见过Sgr A*那么亮。告诉ScienceAlert.但在接下来的几帧中,很明显,源是可变的,一定是黑洞。我几乎马上就知道,黑洞可能正在发生一些有趣的事情。”

虽然这次爆发很可能是人马座A*与气体云或其他物体接触的结果,但研究人员渴望了解更多关于它的进食模式和相对缺乏一般活动的情况。

SOFIA可能会提供答案

在银河系巨大黑洞周围尘埃环的彩色图像上,显示磁场分层的流线。
在银河系巨大黑洞周围尘埃环的彩色图像上,显示磁场分层的流线。 照片:尘埃和磁场:NASA/SOFIA;星场图像:NASA/哈勃太空望远镜)

最近的一个升级或许可以解释我们星系中心相对安静的原因,那就是去年夏天NASA为红外天文学而开发的平流层天文台(SOFIA)增加了新的高分辨率机载宽带相机+ (HAWC+)。

HAWC+能够以极高的灵敏度测量黑洞产生的强大磁场。当它指向人马座A*时,研究人员发现,其磁场的形状和力量可能会推动气体进入其周围的轨道;从而阻止气体进入其中心,并触发稳定的辉光。

“磁场的螺旋形引导气体进入黑洞周围的轨道,”NASA喷气推进实验室的科学家达伦·道尔(Darren Dowell)说,他是HAWC+仪器的首席研究员,也是这项研究的主要作者。在一份声明中说.“这可以解释为什么我们的黑洞是安静的,而其他黑洞是活跃的。”

研究人员希望像HAWC+这样的仪器,以及更多的观测来自全球视界望远镜(EHT)这可能有助于进一步阐明我们星系中最神秘的物体之一。

“这是我们能真正看到磁场和星际物质相互作用的第一个例子,”琼·施梅尔兹补充说,她是位于加州硅谷的美国宇航局艾姆斯研究中心大学空间研究中心的天体物理学家,也是描述观测结果的论文合著者。“HAWC+改变了游戏规则。”