遙遠星系中一個神秘的黑洞在沉寂數十年后蘇醒過來——并且正在上演一場宇宙燈光秀！歐空局的XMM-牛頓望遠鏡和其他X射線望遠鏡正在捕捉到被稱為準周期爆發（QPE）的巨大能量爆發，這與目前的理論相悖。這些強大的閃光與以往任何觀測到的現象都不同，它們可能正在改寫黑洞的行為、演化及其與周圍環境相互作用的規則。

這幅藝術家的構想圖展示了新近蘇醒的黑洞安斯基（Ansky）中觀測到的強烈X射線爆發的可能起源機制。圖片來源：歐空局

歐洲航天局的XMM-牛頓望遠鏡正在幫助科學家研究最近復活的黑洞發出的迄今為止持續時間最長、威力最大的X射線爆發。實時觀測這一罕見事件，為研究人員提供了一個獨特的機會，讓他們能夠更好地理解黑洞的行為方式以及這些極端爆發的驅動因素。

超大質量黑洞，其質量是太陽的數百萬倍，被認為位于大多數星系的中心。然而，盡管它們巨大，卻往往難以探測。與黑洞不斷吸收物質的普遍印象相反，許多黑洞在很長一段時間內都保持安靜和不活躍的狀態。

SDSS1335+0728 星系中心的黑洞就是這種情況。SDSS1335+0728 是一個相當普通的星系，位于室女座，距離我們約 3 億光年。在沉寂了幾十年之后，這個黑洞突然活躍起來，開始發出強烈的、前所未見的 X 射線閃光。

2019年末，該星系首次出現活動跡象，當時它意外地開始明亮閃耀，引起了天文學家的關注。經過數年的研究，他們得出結論，觀察到的異常變化可能是黑洞突然“開啟”——進入活躍階段的結果。該星系明亮、致密的中心區域現在被歸類為活躍星系核，昵稱“安斯基”。

“當我們首次在光學圖像中看到安斯基黑洞亮起時，我們啟動了使用美國宇航局的斯威夫特X射線太空望遠鏡的后續觀測，并檢查了eROSITA X射線望遠鏡的存檔數據，但當時我們沒有看到任何X射線發射的證據，”德國歐洲南方天文臺的研究員、首次探索該黑洞激活狀態的團隊負責人保拉·桑切斯·賽斯 (Paula Sánchez Sáez) 說。

XMM-牛頓望遠鏡的藝術家構想。圖片來源：ESA-C. Carreau

隨后，在 2024 年 2 月，由智利瓦爾帕萊索大學研究員 Lorena Hernández-García 領導的團隊開始看到安斯基幾乎以規律的間隔發射出 X 射線。

“這一罕見事件為天文學家提供了一個機會，利用X射線太空望遠鏡XMM-牛頓望遠鏡以及美國宇航局的NICER、錢德拉和雨燕望遠鏡實時觀測黑洞的行為。這種現象被稱為準周期性爆發，簡稱QPE。QPE是短暫的耀斑事件。這是我們首次在一個似乎正在蘇醒的黑洞中觀測到此類事件，”洛雷娜解釋道。

第一個量子極化事件是在2019年發現的，自那以后，我們只探測到少數幾個。我們還不清楚它們的成因。研究Ansky將有助于我們更好地理解黑洞及其演化過程。

XMM-牛頓望遠鏡在我們的研究中發揮了關鍵作用。它是唯一一臺靈敏度足夠高，能夠探測到爆發之間較暗的X射線背景光的X射線望遠鏡。借助XMM-牛頓望遠鏡，我們可以測量Ansky的暗淡程度，從而計算出Ansky在亮起并開始閃爍時釋放的能量。

黑洞（藝術家構想）。圖片來源：歐洲航天局、美國國家航空航天局和 Felix Mirabel（法國原子能委員會、阿根廷天文與空間物理研究所/Conicet）

黑洞的引力會捕獲距離太近的物質，并將其撕裂。例如，被捕獲恒星的物質會擴散到一個熾熱、明亮、快速旋轉的圓盤中，這個圓盤被稱為吸積盤。目前的想法是，準粒子加速事件（QPE）是由一個物體（可能是恒星或小型黑洞）與這個吸積盤相互作用引起的，并且與恒星的毀滅有關。但沒有證據表明安斯基摧毀了一顆恒星。

安斯基反復爆發的異常特征促使研究團隊考慮其他可能性。吸積盤可能是由黑洞從其鄰近區域捕獲的氣體形成的，而不是由解體的恒星形成的。在這種情況下，X射線耀斑可能來自吸積盤中的高能激波，這種激波是由一個小型天體反復穿過并擾亂軌道物質而引起的。

“安斯基爆發的 X 射線比我們在典型的 QPE 中看到的要長十倍，亮度要高十倍，”團隊成員、美國麻省理工學院博士生 Joheen Chakraborty 說道。

每次噴發釋放的能量都比我們在其他地方觀察到的能量高出一百倍。安斯基火山的噴發也呈現出迄今為止觀測到的最長的爆發周期，大約持續4.5天。這挑戰了我們模型的極限，并挑戰了我們關于這些X射線閃光如何產生的現有認識。

能夠實時觀察安斯基的演變，對于天文學家來說是一個前所未有的機會，可以讓他們更多地了解黑洞及其產生的能量事件。

“對于 QPE，我們仍然處于模型多于數據的狀態，我們需要更多的觀察來了解正在發生的事情，”ESA 研究員兼 X 射線天文學家 Erwan Quintin 說。“我們認為準粒子加速事件（QPE）是由于較小的天體被較大的天體捕獲，并螺旋式下降至它們所致。安斯基的爆發似乎在告訴我們一個不同的故事。這些重復性的爆發也可能與引力波有關，而歐空局未來的LISA任務或許能夠捕捉到這些引力波。這些X射線觀測至關重要，它們將補充引力波數據，并幫助我們解開大質量黑洞的謎團。”

編譯自/ScitechDaily