黑洞怎麼吃恆星,完全看「心情」

科學大觀園雜誌 發佈 2020-02-10T00:54:44+00:00

它們就像陰影中的捕食者,耐心地等待毫無戒心的恆星經過,然後利用自身強大的引力把它們拉扯成長條意大利麵的形狀,最後再把它們吞咽下去。換句話說,天文學家們有時能在可見光波段觀測到這一壯觀的景象,有時則是在X射線中。


在整個宇宙中,無數巨型黑洞潛伏在星系中心的黑暗中。它們就像陰影中的捕食者,耐心地等待毫無戒心的恆星經過,然後利用自身強大的引力把它們拉扯成長條意大利麵的形狀,最後再把它們吞咽下去。當黑洞吞噬恆星時,它會發射可見光或X射線。換句話說,天文學家們有時能在可見光波段觀測到這一壯觀的景象,有時則是在X射線中。然而,到最近為止,天文學家們幾乎從未同時探測到黑洞發射的這兩種輻射。因此他們不禁發問:難道黑洞有兩種吞噬恆星的方式嗎?

據美國「物理學組織」網站2月6日消息稱,荷蘭拉德堡德大學、荷蘭空間研究中心(SRON)的天文學家Peter Jonker帶領的研究團隊日前在《天體物理學雜誌》雜誌刊發的研究稱,他們已經用X射線望遠鏡發現了若干被黑洞捕獲的恆星,即若干X射線的來源,而這些恆星是之前先在可見光波段發現的。研究人員發現,黑洞吞咽恆星的方式似乎都如出一轍,而它們的「情景燈光」則是根據一種固定模式而發生變化的。

具體說來,當一顆恆星被捕獲後,它被拉伸成一條很長的線,這根線的末端在繞著黑洞運行一圈後,它會遇到自己的「線頭」,就好像一條蛇咬住了自己的尾巴。這種碰撞會導致這根線從空中向黑洞墜落,而當恆星被吞噬時,首先會發出可見光,然後再發出X射線。因此,黑洞看上去確實展現出了一種共有的「進食」行為模式,並且他們「晚餐」時的「情緒燈光」會從柔和的白光轉化成蒼白而耀眼的X射線。對於可見光和X射線是嚴格按順序釋放的這種現象,Jonker提出了兩種可能的理論解釋。

第一種觀點認為,可見光的發射是由碰撞過程中釋放的能量引起的,我們之所以能看到X射線,是因為恆星物質在向黑洞下落的過程中喪失了勢能。被粉碎的恆星氣體流開始像「黑體」(black bod)一樣發光,其光譜曲線特徵會在軟X射線波段上達到峰值。第二種觀點認為,碰撞本身會發射出X射線,但隨即會形成一個緻密雲團,它在吸收X射線後再將它以可見光的形式重新放射。當恆星物質量消耗到一定程度時,雲團就會變得非常薄,足以讓X射線穿透,其中包括由於勢能驟降而產生的X射線輻射。

Jonker理論的一個推論是,黑洞的旋轉與恆星被吞噬時發出的X射線量之間存在著某種聯繫。黑洞是否旋轉,目前還不得而知。如果eROSITA太空望遠鏡每年都能觀測到成百上千的「條狀意面」,那麼這就證實黑洞的確在旋轉;如果探測到的數量很少,那麼就意味著黑洞是靜止的。

原創編譯:朱明逸 審稿:阿淼 責編:雷鑫宇

期刊來源: 《天體物理學雜誌》

期刊編號:0004-637X

原文連結:https://phys.org/news/2020-02-black-holes-stars-variable-mood.html

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