天体物理学家对银河系超大质量黑洞周围的光线感到惊讶 _银河系

西北大学的天体物理学家利用美国国家航空航天局的詹姆斯·韦伯太空望远镜，对银河系中心的超大质量黑洞进行了迄今为止最长、最详细的观测。他们发现，黑洞的吸积盘不断发出耀斑流，没有休息期。这段视频显示了2024年4月7日拍摄的2.1微米数据。Farhad Yusef Zadeh/西北大学
据《大众科学》（劳拉·贝萨斯）：在我们银河系中心的黑洞里，有一场非常激烈的派对正在肆虐。利用美国国家航空航天局詹姆斯·韦伯太空望远镜（JWST）的新观测结果，一组天体物理学家发现，围绕人马座a*旋转的尘埃和气体盘不断发出各种耀斑。射手座A*周围的这个物质环被称为吸积盘，它喷出了各种东西，从只持续几秒钟的短暂闪烁到令人难以置信的明亮日常爆发，甚至是持续数月的微弱闪烁。2月18日发表在《天体物理学杂志快报》上的一项研究详细介绍了这些发现。
为什么射手座A*很重要？
射手座A*是我们银河系中心的超大质量黑洞。它的质量相当于数十亿个太阳，周围有一个由气体和尘埃组成的吸积盘。吸积盘也是黑洞的主要光源。射手座A*距离地球仅26000光年，是科学家可以观测到的少数几个黑洞之一，可以观察其吸积盘中的气体和尘埃流动。
西北大学的天体物理学家、该研究的合著者Farhad Yusef-Zadeh在一份声明中说：“耀斑预计基本上会发生在所有超大质量黑洞中，但我们的黑洞是独一无二的。” 。“它总是充满活力，似乎永远不会达到稳定状态。我们在2023年和2024年多次观察到黑洞，每次观察都有变化。我们每次都看到了不同的东西，这真的很了不起。没有什么是一成不变的。”
研究射手座A*可以帮助物理学家更好地了解黑洞的基本性质，它们如何与周围环境相互作用，甚至我们自己的银河系家园的演变。
黑洞烟花
在这项新研究中，该团队使用了JWST的近红外相机（NIRCam）。该仪器可以长时间同时观察两种红外颜色。他们用NIRCam对射手座A*进行了总共48小时的观测，在一个地球年内使用8到10小时的增量。这使他们能够追踪黑洞随时间的变化，类似于延时视频。
虽然预计会有耀斑，但射手座A*比预期的更活跃。该团队看到了各种亮度和持续时间的“持续烟花” 。大约有五到六个大耀斑，中间有几个较小的子耀斑，从吸积盘中喷出。
Yusef-Zadeh说：“在我们的数据中，我们看到了不断变化、冒泡的亮度。” 。“然后砰的一声！突然出现了一道巨大的光芒。然后，它又平静了下来。我们在这次活动中找不到任何模式。它似乎是随机的。每次我们看到黑洞的活动轮廓都是新的，令人兴奋的。”
银河涟漪和潮汐波
该团队怀疑，短爆发和长耀斑背后有两个独立的过程。这些短暂而微弱的闪烁就像水体表面随机波动的小涟漪。然而，更长、更亮的耀斑更类似于潮汐波，是由更重要的事件引起的。
吸积盘内的微小扰动可能会产生微弱的闪烁。圆盘内的湍流波动会压缩一种称为等离子体的高温带电气体，并产生暂时的辐射爆发。Yusef Zadeh认为，这些事件类似于太阳耀斑。
Yusef-Zadeh说：“这类似于太阳磁场聚集在一起，压缩然后爆发太阳耀斑。” 。“当然，这些过程更具戏剧性，因为黑洞周围的环境更有活力，也更极端。但太阳表面也充满了活动。”
这些大而明亮、戏剧性的耀斑可能更类似于磁重联事件。这是两个磁场碰撞并以加速粒子的形式释放能量的时候。这些粒子以接近光速的速度传播，并发出明亮的辐射。
Yusef-Zadeh说：“磁重联事件就像静电的火花，从某种意义上说，这也是一种‘电重联’ 。” 。
这只是时间问题——为了测量
JWST的NIRCam可以同时观察两个不同的波长（2.1和4.8微米）。有了这个，研究小组可以比较耀斑的亮度如何随每个波长而变化。Yusef Zadeh表示，捕捉两种波长的光类似于“看到彩色而不是黑白” 。通过在多个波长上观察射手座A*，该团队捕捉到了黑洞行为的更完整、更细致的图像。
即使有强大的NIRCam，团队仍然感到惊讶。他们意外地发现，在较短波长下观察到的事件实际上在较长波长事件之前改变了亮度。
Yusef-Zadeh说：“这是我们第一次在这些波长的测量中看到时间延迟。” 。“我们用NIRCam同时观察了这些波长，并注意到较长的波长滞后于较短的波长非常小——可能是几秒到40秒。”
根据该团队的说法，这一时间延迟为黑洞周围发生的物理过程提供了更多线索。一种解释是，粒子在耀斑过程中会损失能量，并且在较短波长下损失能量的速度可能比在较长波长下更快。对于围绕磁场线旋转的粒子来说，这些变化是意料之中的。
在未来的研究中， Yusef-Zadeh希望使用JWST对射手座A*进行更长时间的观察，可能持续24小时。更长的观察时间可以帮助减少噪音，让科学家观察到更精细的细节。
Yusef-Zadeh说：“当你看到这种微弱的燃烧事件时，你必须与噪音竞争。” 。“如果我们能观察24小时，那么我们就可以减少噪音，看到我们以前看不到的特征。这将是惊人的。我们还可以看到这些耀斑是否表现出周期性（或重复本身），或者它们是否真的是随机的。”