黑洞为什么会闪烁？研究调查了5000个食星巨兽找出了答案

原创 哈尔鲍曼9000 科学剃刀

位于银河系中心的黑洞人马座A *周围的发光吸积盘于2022年拍摄。资料来源：EHT 协作

黑洞是奇怪的东西，即使按照天文学家的标准也是如此。它们的质量是如此之大，以至于它们周围的空间弯曲得如此紧密，以至于没有任何东西可以逃脱，甚至光线本身也是如此。

然而，尽管它们有著名的黑色，但有些黑洞还是相当明显的。这些星系真空吞噬的气体和恒星在单向进入洞之前被吸入发光的圆盘中，这些圆盘可以比整个星系更明亮。

更奇怪的是，这些黑洞闪烁着。发光盘的亮度每天都在波动，没有人完全确定原因。

我们利用美国宇航局的小行星防御工作，在五年内观察了天空中增长最快的5000多个黑洞，试图了解为什么会发生这种闪烁。在《自然天文学》的一篇新论文中，我们报告了我们的答案：一种由摩擦、强烈的引力和磁场驱动的湍流。

巨大的食星者

我们研究超大质量黑洞，这种黑洞位于星系的中心，质量与数百万或数十亿个太阳一样大。

我们自己的银河系，其中心有一颗这样的巨星，质量约为四百万个太阳。在大多数情况下，构成银河系其余部分（包括我们的太阳）的2000亿颗左右的恒星愉快地围绕中心的黑洞运行。

然而，并不是所有星系都那么平静。当成对的星系通过引力相互拉扯时，许多恒星最终可能会被拉得离银河系的黑洞太近。这对星星来说结局很糟糕：它们被撕裂和吞噬。

我们相信这一定发生在黑洞重达十亿个太阳的星系中，因为我们无法想象它们怎么会长得这么大。它也可能在过去发生在银河系中。

黑洞也可以以更慢，更温和的方式进食：通过吸入被称为红巨星的老年恒星吹出的气体云。

喂食时间

在我们的新研究中，我们仔细观察了宇宙中5000个增长最快的黑洞的进食过程。

在早期的研究中，我们发现了胃口最旺盛的黑洞。去年，我们发现了一个黑洞，每秒吞噬一个地球的东西。2018年，我们发现一种每48小时吃一整天太阳。

但是我们对它们的实际摄食行为有很多疑问。我们知道进入洞的物质会螺旋成一个发光的“吸积盘”，其亮度足以超过整个星系。这些明显进食的黑洞被称为类星体。

这些黑洞中的大多数都离得很远很远，太远了，我们看不到盘的任何细节。我们在附近的黑洞周围有一些吸积盘的图像，但它们只是呼吸一些宇宙气体，而不是在恒星上大快朵颐。

闪烁的黑洞的五年

在我们的新工作中，我们使用了来自夏威夷NASAATLAS望远镜的数据。它每晚（如果天气允许的话）扫描整个天空，监测从外部黑暗中接近地球的小行星。

这些全天空扫描也恰好提供了背景深处饥饿黑洞光芒的夜间记录。我们的团队制作了一部为期五年的黑洞电影，展示了吸积盘冒泡和沸腾的发光漩涡引起的亮度的日常变化。

这些黑洞的闪烁可以告诉我们一些关于吸积盘的信息。

1998年，天体物理学家史蒂文·巴尔布斯（Steven Balbus）和约翰·霍利（John Hawley）提出了一种“磁旋转不稳定性”理论，描述了磁场如何引起盘中的湍流。如果这是正确的想法，那么磁盘应该以规则模式发出嘶嘶声。它们会以随机模式闪烁，随着磁盘的轨道展开。较大的圆盘以缓慢的闪烁速度运行得更慢，而较小圆盘中更紧密和更快的轨道闪烁得更快。

但是，现实世界中的磁盘会证明如此简单，没有任何进一步的复杂性吗？（在空间本身弯曲到临界点的超密集、失控的环境中，“简单”是否是湍流的正确用语，这也许是一个单独的问题。

使用统计方法，我们测量了从5000个磁盘发出的光随时间闪烁的程度。每个人的闪烁模式看起来都有些不同。

但是当我们按大小、亮度和颜色对它们进行分类时，我们开始看到有趣的图案。我们能够确定每个圆盘的轨道速度——一旦你把时钟设置为以圆盘的速度运行，所有的闪烁模式开始看起来都一样。

这种普遍行为确实是由“磁旋转不稳定性”理论预测的。

这真是令人欣慰！这意味着这些令人难以置信的漩涡毕竟是“简单”的。

它开辟了新的可能性。我们认为吸积盘之间仍然存在微妙的差异，因为我们从不同的方向看待它们。

下一步是更仔细地检查这些细微的差异，看看它们是否为辨别黑洞的方向提供了线索。最终，我们未来对黑洞的测量可能会更加准确。

原标题：《『黑洞为什么会闪烁？研究调查了5000个食星巨兽找出了答案》

阅读原文