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银河系中心黑洞发出的饥饿低鸣

通过钱德拉X射线天文台的新研究揭示的光回声,深入了解人马座A*黑洞过去的闪耀。

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我们银河系的中心有一个怪物:一个被称为人马座A*的黑洞,质量是太阳的430万倍,直径约2500万公里(1500万英里)。目前,这个怪物正处于沉睡状态,只通过微弱的辐射“打鼾”来暴露它的存在,但它并非一直如此平静。一项使用钱德拉X射线天文台的新研究,捕捉到了过去几百年间爆发的光回声——那是人马座A*全神贯注、亮度是现在一万倍的时刻。

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人马座A*——我们银河系中心的巨大黑洞——在这个合成图像中显得昏暗,因为只有很少的物质落入其中。(图片来源:NASA/UMass/D.Wang et al; NASA/STScI)黑洞可以很明亮的想法乍听之下似乎有些矛盾。实际上,发出的光并非来自人马座A*本身,而是来自即将被黑洞吞噬的物质。当气体螺旋式地落入黑洞时,它会变得异常炽热,并发出包括高能X射线在内的所有形式的辐射。人马座A*目前在X射线方面显得昏暗,这表明该黑洞目前处于“饥饿状态”。(它在普通光下是完全看不见的,但这在很大程度上是因为阻挡在我们与它之间的尘埃云。)那么,当银河系中心迎来“进食时间”时会发生什么呢?这正是巴黎天体粒子与宇宙学研究所(AstroParticule et Cosmologie)的Maïca Clavel及其合作者想要找出答案的问题。研究人员仔细审查了钱德拉天文台12年的观测数据,以检查人马座A*周围区域的微弱X射线闪烁。如果黑洞在遥远的过去曾爆发过,那么那次爆发的辐射会像池塘中的涟漪一样向外传播。当辐射涟漪撞击附近的气体和尘埃云时,就会照亮它们,从而产生原始闪耀的“光回声”。这些回声从地球上可以看到,即使在最初的事件发生很久之后。

2011年,人马座A*的光回声快照,黑洞的辐射爆发照亮了周围的云层。完整序列在此。(图片来源:NASA/CXC/APC/Université Paris Diderot/M.Clavel et al)果然,Clavel和她的团队观察到了这种情况。在她即将发表的一篇论文中,她报告说看到了不止一个,而是两个不同的人马座A*光回声。她将其解释为两次独立的喷发,每次持续几年。根据黑洞与回声的相对几何形状,她估计这两次成对的喷发发生在最近几个世纪,但她无法给出更精确的时间。在那段活跃期,黑洞的亮度至少是太阳的一万倍。至于人马座A*为什么会爆发,有几种合理的解释。它们都相当剧烈和令人不安。黑洞可能吞噬了一颗行星;撕裂了一颗恒星的外层;导致一对恒星碰撞并随后吸入了碎片;或者它可能撞上了局部的气体团块并将其扫荡殆尽。后一种解释尤其引人入胜,因为目前有一团名为G2的气体团块,其质量是地球的三倍,正危险地靠近人马座A*,并将在明年年初达到最近距离。黑洞的强烈引力已经将这团气体拉伸得像一块太妃糖。股状物质的领先部分已经绕过黑洞。当G2的主体明年掠过时,它的一部分可能会被吸入。

计算机模拟气体云G2被银河系中心黑洞拉伸和撕裂。(图片来源:ESO/S. Gillessen/MPE/Marc Schartmann)会产生壮观的景象吗?天文学家们正在密切关注,不仅使用钱德拉等太空望远镜,还使用一种名为事件视界望远镜的新型仪器,该仪器将世界各地的仪器连接起来,有效地形成一个覆盖整个地球的单一无线电接收器。如此巨大的仪器有能力分辨出人马座A*事件视界(黑洞的“不归点”)那样小的细节。我们生活在一个令人惊叹的时代。在Twitter上关注我:@coreyspowell

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