心跳是我们最熟悉的事情之一，只需要把手指搭到手腕内侧就能测量到规律的心跳脉搏。有趣的是，借助X射线望远镜，我们也“听”到了黑洞的“心跳”。最早发现心跳的天体是GRS 1915+105，它是一个X射线黑洞双星系统，包含一颗黑洞和一颗恒星，两者的质量都有可靠的测量，分别是约12个太阳质量和0.7个太阳质量。
在这类X射线双星系统中，黑洞从伴星吸积物质形成绕黑洞转动的吸积盘，以极高的能量转换效率（约10%；相比之下，核能效率还不到1%）将引力能转化为热能，并在不同波段，特别是X射线波段产生明亮的辐射。图1展示了黑洞X射线双星的艺术想象图。
大部分黑洞X射线双星是“暂现”X射线双星，它们大部分时间处在“宁静态”，X射线波段辐射极其微弱，但偶尔会进入“爆发态”，光度突然上升。
GRS 1915+105就是一个暂现X射线双星：在1992年以前，它一直沉寂，但在这年X-伽马射线卫星GRANAT捕捉到了它在X射线波段的突然增亮，标志它进入爆发态。GRS 1915+105又是个很独特的暂现X射线双星：自从爆发后，它一直处在高流量的爆发态。直到2019年，它才进入低流量态，但并没有回到宁静态。即使在这个低流量态，它也并不安分，时常有X射线的耀发。
相比之下，大部分黑洞X射线双星爆发仅持续几个月到几年，比如另一个暂现黑洞X射线双星GX 339-4。
超长时间的爆发并不是GRS 1915+105唯一的特别之处。X射线天文卫星的观测揭示了它特别的心跳光变模式。图3展示的是罗西X射线时变探测器测量到GRS 1915+105的“光变曲线”，即单位时间发射的X射线光子数随时间的变化。有趣的是，它的光变幅度大，还有明显的周期性，和心电图（图4）非常类似。这种独特的光变也被称为GRS 1915+105的心跳光变。
什么在驱动黑洞心跳？
是什么机制在驱动GRS 1915+105的心跳？最流行的观点认为心跳来自辐射压不稳定性。如前文所述，GRS 1915+105的X射线辐射来自围绕黑洞的吸积盘，而在吸积盘的最内区，如果吸积率足够高（接近爱丁顿吸积率）压强是由辐射压主导的。很久以前，人们就意识到辐射压主导的吸积盘是不稳定的。一旦这个不稳定性被触发，内区的吸积率会急速升高，流量快速上升。这也导致内区吸积流被快速清空，流量随之下降。
之后，内区会被外区吸积流逐渐填满，直到达到阈值触发下一次不稳定性。不稳定性触发-内区清空-内区填满-不稳定性触发循环发生，也就让我们看到了黑洞心跳。巧合的是，这也和我们人类的心跳类似：当一个心跳周期开始时，心室收缩，压强增大，将血液输送到身体各处，直到心室中血液排空；而随后，心室舒张，压强变小，心室也被血液填满。周期性的心跳也就伴随着心室排空-填满-排空的循环。
尽管已经发现很久，但GRS 1915+105和IGR J17091-3624独特的心跳光变的原理还没有一个完美的解释。辐射压不稳定性模型似乎能够解释GRS 1915+105的心跳，但还不能令人信服地同时解释GRS 1915+105和IGR J17091-3624的心跳。
X射线观测设备，如将于今年年底发射的爱因斯坦探针、计划于2027年发射的增强型X射线时变与偏振探测（eXTP）、搭载在国际空间站上的中子星内部组成探测器（NICER）将扩大X射线源的发现空间并对X射线源的时变做出更加准确的测量；而射电望远镜，如中国天眼、天马望远镜、甚大天线阵（Very Large Array）等能够监测吸积黑洞的喷流。这些观测将帮助我们对黑洞心跳有着更深入的理解。