黑洞为什么闪烁？研究调查了5000只食星巨兽

　　2022年拍摄到了银河系中心人马座A*黑洞周围发光的吸积盘。Credit: EHT Collaboration

　　据美国物理学家组织网（Christian Wolf, The Conversation）：即使以天文学家的标准来看，黑洞也很奇怪。它们的质量是如此之大，它使它们周围的空间弯曲得如此之紧密，以至于任何东西都无法逃脱，甚至连光本身也无法逃脱。

　　然而，尽管黑洞着名的黑色，一些黑洞还是非常可见的。这些星系真空吞噬的气体和恒星在单向进入黑洞之前被吸进了一个发光的圆盘，而这些圆盘比整个星系更明亮。

　　更奇怪的是，这些黑洞闪闪发光。发光圆盘的亮度可能会每天波动，没有人完全确定原因。

　　我们依靠NASA的小行星防御努力，在五年内观察了5000多个天空中增长最快的黑洞，试图了解为什么会出现这种闪烁。在《自然天文学》的一篇新论文中，我们报告了我们的答案：一种由摩擦力和强引力和磁场驱动的湍流。

　　巨型食星者

　　我们研究超大质量黑洞，这种黑洞位于星系的中心，质量与数百万或数十亿个太阳一样大。

　　我们自己的银河系，银河系，在其中心有一个这样的巨星，其质量约为400万个太阳。在大多数情况下，组成银河系其余部分（包括我们的太阳）的大约2000亿颗恒星快乐地围绕着中心的黑洞运行。

　　然而，在所有星系中，事情并不是那么平静。当成对的星系通过引力相互吸引时，许多恒星最终可能会被拉得离星系黑洞太近。这对星星来说是个糟糕的结局：它们被撕碎并吞噬。

　　我们相信这一定发生在黑洞重达10亿个太阳的星系中，因为我们无法想象它们怎么会变大。这也可能发生在过去的银河系。

　　黑洞也可以以一种更慢、更温和的方式进食：吸入被称为红巨星的老年恒星喷出的气体云。

　　给料时间

　　在我们的新研究中，我们仔细观察了宇宙中增长最快的5000个黑洞的摄食过程。

　　在早期的研究中，我们发现了胃口最大的黑洞。去年，我们发现了一个黑洞，它每秒都会吃掉相当于地球的东西。2018年，我们发现了一种每48小时吃掉一整个太阳的动物。

　　但我们对它们的实际进食行为有很多疑问。我们知道，在进入黑洞的过程中，物质会螺旋状地进入一个发光的“吸积盘”，其亮度足以超过整个星系。这些可见的黑洞被称为类星体。

　　这些黑洞中的大多数都离我们很远很远，我们看不到磁盘的任何细节。我们在附近的黑洞周围有一些吸积盘的图像，但它们只是在吸入一些宇宙气体，而不是在享用恒星。

　　五年闪烁的黑洞

　　在我们的新工作中，我们使用了美国宇航局位于夏威夷的ATLAS望远镜的数据。它每晚扫描整个天空（如果天气允许），监测从外部黑暗中接近地球的小行星。

　　这些全天扫描也恰好提供了背景深处饥饿黑洞发光的夜间记录。我们的团队为每一个黑洞制作了一部为期五年的电影，展示了吸积盘的气泡和沸腾的发光漩涡导致的亮度的日常变化。

　　这些黑洞的闪烁可以告诉我们一些关于吸积盘的信息。

　　1998年，天体物理学家史蒂文·巴尔布斯（Steven Balbus）和约翰·霍利（John Hawley）提出了一种“磁旋转不稳定性”理论，描述了磁场如何在磁盘中引起湍流。如果这是正确的想法，那么磁盘应该以规则的模式发出嘶嘶声。它们会以随机的模式闪烁，随着圆盘的旋转而展开。较大的圆盘以缓慢的闪烁速度运行得更慢，而较小的圆盘则以更快的速度运行得更快。

　　但现实世界中的磁盘会证明这一点吗？（“简单”一词是否是描述超密度、失控环境中的湍流的正确词汇，而这种环境中的空间本身就被弯曲到了临界点，这可能是一个单独的问题。）

　　使用统计方法，我们测量了5000个磁盘发出的光随着时间的推移闪烁的程度。每一个闪烁的模式看起来都有些不同。

　　但当我们按大小、亮度和颜色对它们进行分类时，我们开始看到有趣的图案。我们能够确定每个磁盘的轨道速度，一旦你将时钟设置为以磁盘的速度运行，所有的闪烁模式看起来都是一样的。

　　这种普遍的行为确实是由“磁旋转不稳定性”理论所预测的。

　　真是令人欣慰！这意味着这些令人难以置信的大漩涡终究是“简单”的。

　　这也开启了新的可能性。我们认为吸积盘之间剩下的细微差别是因为我们从不同的方向观察它们。

　　下一步是更仔细地检查这些细微的差异，看看它们是否具有辨别黑洞方向的线索。最终，我们未来对黑洞的测量可能会更加精确。