新研究發現無論大小如何 所有黑洞都會經曆類似的吸積周期
发布时间：2025-11-02 20:04:35 来源：三紙無驢網 作者：體育
新研究發現無論大小如何 所有黑洞都會經曆類似的吸積周期
（神秘的地球uux.cn報道）據cnBeta：外媒報道，一項新研究發現，無論大小如何，所有黑洞都會經曆類似的吸積周期。2018年9月9日，天文學家從8.6億光年外的一個星係發現了一道閃光。源頭是一個質量約為太陽5000萬倍的超大質量黑洞。通常情況下，這個巨大的黑洞突然“蘇醒”，吞噬了一顆過往恒星，這種罕見的情況被稱為潮汐破壞事件。當恒星碎片落向黑洞時，它以光的形式釋放出巨大的能量。
麻省理工學院、歐洲南方天文台和其他地方的研究人員使用多個望遠鏡來觀察這個被稱為AT2018fyk的事件。令他們驚訝的是，他們觀察到，當超大質量黑洞吞噬恒星時，它表現出與更小的、恒星質量的黑洞相似的特性。
2021年5月17日發表在《天體物理學雜誌》上的這一結果表明，吸積作用，或者說黑洞在吞噬物質時的演化方式，與它們的大小無關。
“我們已經證明，如果你見過一個黑洞，從某種意義上說，你已經見過它們了，”研究作者Dheeraj "DJ" Pasham說，他是麻省理工學院Kavli天體物理學和空間研究所的研究科學家。“當你向它們扔出一個氣體球時，它們似乎都會做或多或少相同的事情。它們在吸積方麵是同樣的野獸。”
該研究的合著者包括麻省理工學院的首席研究科學家Ronald Remillard 和前研究生Anirudh Chiti 以及歐洲南方天文台、劍橋大學、萊頓大學、紐約大學、馬裏蘭大學、科廷大學、阿姆斯特丹大學和美國宇航局戈達德太空飛行中心的研究人員。
恒星的“喚醒”
當質量約為我們太陽10倍的小型恒星質量黑洞發出一陣光時，這通常是對來自一顆伴星的物質湧入的回應。這種輻射的爆發引發了黑洞周圍區域的特定演變。從靜止狀態開始，黑洞過渡到一個由吸積盤主導的 "軟 "階段，因為恒星物質被拉入黑洞。隨著物質流入量的減少，它再次過渡到一個 "硬 "階段，白熱的日冕接管了它。黑洞最終回到穩定的靜止狀態，整個吸積周期可能持續幾周到幾個月。
幾十年來，物理學家已經在多個恒星質量的黑洞中觀察到這種特征性的吸積周期。但是對於超大質量黑洞來說，人們認為這個過程需要太長的時間才能完全捕捉到，因為這些巨大的黑洞通常是“吞食者”，在星係的中心區域緩慢地吞噬氣體。
Pasham表示：“在超大質量黑洞中，這一過程通常發生在數千年的時間尺度上。人類無法等待那麽長時間來捕捉這樣的東西。”
但是，當黑洞經曆了突然的、巨大的物質湧入時，整個過程就會加快，例如在潮汐破壞事件中，當一顆恒星足夠接近時，黑洞就會以潮汐方式將其撕成碎片。
“在潮汐破壞事件中，一切都很突然，”Pasham說。“你有一大塊氣體突然被拋向你，黑洞突然被喚醒，它就像，‘哇，有這麽多食物--讓我吃，，直到它消失’。所以，它在很短的時間內經曆了一切。這使我們能夠探測人們在恒星質量黑洞中已知的所有這些不同的吸積階段。”
一個超大質量黑洞的周期
2018年9月，全天域超新星自動觀測係統（ASASSN）發現了一個突發耀斑的信號。科學家們隨後確定，該耀斑是涉及一個超大質量黑洞的潮汐破壞事件的結果，他們將其標記為TDE AT2018fyk。Wevers、Pasham和他們的同事對這一警訊躍躍欲試，並能夠引導多個望遠鏡，每個望遠鏡都被訓練成繪製紫外線和X射線光譜的不同波段，朝著該係統前進。
該小組利用XMM-牛頓空間望遠鏡和錢德拉X射線天文台，以及國際空間站上的X射線監測儀器和NICER，以及澳大利亞的射電望遠鏡，在兩年時間裏收集數據。
“我們在軟狀態下捕捉到了黑洞，它的吸積盤正在形成，大部分的發射都在紫外線下，隻有很少的X射線，”Pasham說。“然後吸積盤塌陷，日冕變得更強，現在它的X射線非常明亮。最終，沒有多少氣體可供利用，整體亮度下降，回到無法檢測的水平。”
研究人員估計，黑洞潮汐性地破壞了一顆與我們的太陽差不多大的恒星。在這個過程中，它產生了一個巨大的吸積盤，直徑大約為120億公裏，並排放出氣體，他們估計這些氣體大約有 40000 Kelvin，或超過7萬華氏度。隨著吸積盤變得越來越弱，越來越不亮，一個由緊湊的高能X射線組成的日冕取代了黑洞周圍的主導階段，然後最終逐漸消失。
“人們已經知道這種周期發生在恒星質量的黑洞中，這些黑洞隻有大約10個太陽質量。現在我們在比它大500萬倍的東西中看到了這一點，”Pasham說。
歐洲南方天文台的研究員、主要作者Thomas Wevers表示：“未來最令人興奮的前景是，這種潮汐破壞事件提供了一個窗口，可以看到非常接近超大質量黑洞的複雜結構的形成，如吸積盤和日冕。研究這些結構如何在恒星毀滅後的極端環境中形成和相互作用，我們有希望開始更好地理解支配其存在的基本物理規律。”
除了表明黑洞以同樣的方式經曆吸積，無論其大小如何，該結果僅代表了科學家第二次從頭到尾捕捉到日冕的形成。
“日冕是一個非常神秘的實體，在超大質量黑洞的情況下，人們已經研究了既定的日冕，但不知道它們何時或如何形成，”Pasham說。“我們已經證明你可以使用潮汐破壞事件來捕捉日冕的形成。我很高興在未來使用這些事件來弄清楚到底什麽是日冕。”
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