来自黑洞边缘的脉冲

作者: Zwicky

来源: 原理

发布日期: 2019-01-11

天文学家发现了一个超大质量黑洞撕裂恒星并释放周期性X射线脉冲的现象,通过分析这些数据,首次成功估算了黑洞的自旋速度。

2014年11月22日,天文学家在夜空中发现了一个罕见的现象:在距离地球近3亿光年远的星系中心,一个超大质量黑洞正无情地撕裂一颗经过的恒星。黑洞拥有着巨大的潮汐力,可以将恒星撕裂,并在星系中心的附近产生X射线活动的爆发。这一事件被称为潮汐瓦解耀斑。从那以后,许多天文台都将目光对准了这一事件,以进一步理解超大质量黑洞的演化。

研究人员仔细研究了从多个望远镜观测到的数据,发现在所有的数据集中都存在一种异常强烈且稳定的周期性X射线脉冲信号。这个信号似乎来自于黑洞事件视界附近的一个区域。这种信号似乎每131秒就会周期性地变亮或变暗,并持续了至少450天。

研究人员认为,无论是释放出这种周期性信号的是什么,它都必须绕着黑洞转,而且就在事件视界之外,靠近最内稳态圆轨道上,也就是粒子可以安全绕黑洞运行的最小轨道。根据信号和黑洞的性质,研究人员计算出了一个极难以确定的黑洞性质——自旋。发表于《科学》期刊上的这项发现是首次将潮汐瓦解耀斑用以估算黑洞自旋的例子。

一个真实的信号潮汐瓦解耀斑的理论模型表明,当黑洞在撕裂一个恒星时,恒星的一些物质可能会待在事件视界之外,在像ISCO这类稳定的轨道上盘旋,在最终被黑洞吞噬之前释放出周期性的X射线闪光。研究人员认为,如果他们能在最近经历了潮汐瓦解事件的黑洞附近看到这种规律的闪光,他们就能从这些信号中知道黑洞旋转的速度有多快。

研究人员查阅了XMM-牛顿太空望远镜、钱德拉X射线太空望远镜和雨燕卫星这三个天文台的数据存档,这些数据记录了自该事件被发现以来的X射线测量数据。结果他观察到了一种异常强烈且稳定的周期性X射线辐射,似乎来自非常靠近黑洞边缘的地方。这种强度极高的信号每131秒脉冲一次,持续450多天长,它的亮度比黑洞X射线的平均亮度高40%。

根据信号的性质以及黑洞的质量和大小,研究小组估算出了这颗黑洞的自旋速度至少为光速的50%。在信号被发现之后,自然而然就该理论学家上场了,他们需要解释是什么产生了这个信号。该研究团队试想了各种情景,但是要产生这样一个强大、规律的X射线耀斑,可能性最大的情况是这个黑洞不仅粉碎了路过的恒星,还有在黑洞周围环绕的较小的恒星——白矮星。

科学家们承认,这是一种极其罕见的情况,最多只能持续几百年,对宇宙来说这只不过是一眨眼的功夫。因此检测到这种情况的可能性是非常小的。虽然就系统的性质而言,这种情景似乎行得通,但我们得非常幸运才能够找到这样一个系统。这项研究结果最重要的意义在于,它表明了通过潮汐瓦解事件来计算黑洞自旋是可行的。未来,研究人员希望能在更早期的黑洞粉碎恒星的事件中,发现类似的稳定模式,从而估算出不同时期的黑洞自旋。

这将有助于理解黑洞的年龄与自旋之间是否存在着关联。

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