黑洞的“一頓午餐”暴露了它的巨大質(zhì)量。

來自一位藝術(shù)家的黑洞概念圖，它被吸積盤環(huán)繞著。這個圓盤中的氣體被加熱到數(shù)百萬攝氏度并向外發(fā)出X射線輻射。（圖片來源：美國宇航局/霍尼韋爾Max-O數(shù)字集團/達納·貝瑞）

劍橋大學的一個天文學家團隊，發(fā)現(xiàn)了一種現(xiàn)象：像是炙熱氣體在落入超大質(zhì)量黑洞時的快速旋轉(zhuǎn)。這些第一次觀測到的畫面，顯示黑洞正在吞噬一個向內(nèi)旋轉(zhuǎn)的圓盤中的物質(zhì)，有助于弄清楚這些饑餓的“深淵巨喉”的質(zhì)量。

這個巨大的黑洞位于NGC3516星系的中心，NGC3516星系距離北斗七星約1億光年遠。被黑洞強大引力場吸入的物質(zhì)，形成一個圓盤，并被加熱到極端高溫，使其在一個很寬頻率范圍內(nèi)發(fā)光。

XMM-牛頓衛(wèi)星觀察到圓盤X射線突然變強。劍橋大學的安德魯·法比安和他的同事們，將此解釋為發(fā)生在黑洞附近的X射線耀斑。法比安說，X射線耀斑有點類似于太陽耀斑，但它釋放的能量強度是太陽耀斑的10萬億倍。耀斑發(fā)出的光，激發(fā)了其附近吸積盤中的鐵原子，使它們以特定的頻率發(fā)射出一束光子。

法比安說：“這就好像一個盤子，被涂上了一點點亮漆。”

鐵原子發(fā)出的光，隨著時間的推移而變化，這意味著“被涂上亮漆”的氣體，正環(huán)繞著一個非常大的物體運轉(zhuǎn)。根據(jù)愛因斯坦廣義相對論的計算表明，這個物體——黑洞——的質(zhì)量在1000萬到5000萬太陽質(zhì)量之間。

這一研究成果，與黑洞質(zhì)量的其他估算結(jié)果一致，將發(fā)表在即將出版的《皇家天文學會月刊》上。

快速的四“年”

XMM-牛頓衛(wèi)星觀測持續(xù)了大約一天時間，記錄到活躍氣體的四周次旋轉(zhuǎn)。暴露出來的旋轉(zhuǎn)半徑，與地球到太陽的距離相似，這促使法比安想象：如果自己處在旋轉(zhuǎn)氣體的邊沿，看起來會是怎樣？由于“一年”——即旋轉(zhuǎn)一周，只需要七個小時，意味著這個圓盤在以光速十分之一的速度瘋狂旋轉(zhuǎn)。

如果真的處在旋轉(zhuǎn)氣體的邊沿，法比安及其他觀察者周圍的天空，都將被黑洞覆蓋，因為黑洞的寬度是太陽的40到200倍。這一切到底看起來什么樣子，是很難被理解的，因為巨大的引力會以奇怪的方式使光線彎曲。

“這將是一個及其壯觀的景象?！狈ū劝舱f。

但這種驚嘆很快就將結(jié)束。因為，法比安懷疑，在觀測僅幾天后，高亮的氣體部分，就墜入了無情的黑洞。消亡的確切時間，取決于圓盤組成物質(zhì)的粘度，以及黑洞本身是否在旋轉(zhuǎn)。

圖形識別

耀斑是這些超大質(zhì)量黑洞周圍常發(fā)生的現(xiàn)象。事實上，對NGC3516的觀測是在三年前完成的，但最近對它的分析揭示了耀斑的秘密。主研究者巖澤和史制作了一幅X射線圖，是從分析數(shù)據(jù)中繪出的一張鋸齒狀圖形。

“眼睛很善于辨別圖形，”法比安說。

研究人員注意到：受激發(fā)的鐵原子，其頻率發(fā)生了變化，他們將這種變化，歸因于氣體在旋轉(zhuǎn)過程中，有時向我們靠近和有時又遠離我們。這種頻移被稱為多普勒頻移，類似于“牛吼器”的音高變化。——“牛吼器”，是一種傳統(tǒng)樂器，手拿著線，在頭邊快速旋轉(zhuǎn)甩動而發(fā)聲。

除了多普勒頻移之外，還有一個整體的頻率偏移，因為光子從黑洞周圍的引力場中逃出時，會損失一些能量。

可能是偶然

雖然鋸齒形圖案，符合黑洞周圍氣體旋轉(zhuǎn)的理論推測預(yù)期，但僅通過四個旋轉(zhuǎn)周期，很難給出最終的定論。

“我認為我們很幸運。因為我們處于可下判斷的臨界點，”法比安說。

研究人員又再進行了模擬實驗，以確認他們看到的周期性變化，不是受到某些干擾后的隨機偶然現(xiàn)象。法比安說，他和他的同事對這種現(xiàn)象的真實性表示樂觀，但有一些天文學家對此仍持保留態(tài)度。

“人們的反應(yīng)，從‘哇，真的是這樣’到‘我對此不敢肯定’都有?！狈ū劝舱f。

BY: Michael Schirber

FY: 椒椒

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