为什么黑洞会闪烁？ 科学家研究了 5,000 只食星巨兽以找出答案

黑洞 即使以天文学家的标准来看，也是很奇怪的事情。 它们的质量如此之大，以至于它们周围的空间弯曲得如此之紧，以至于任何东西都无法逃脱，甚至是光本身。

然而，尽管他们的肤色很黑，但有些 黑洞 很明显。 这些星系真空所吞噬的气体和恒星在单程进入黑洞之前被吸入一个发光的圆盘中，这些圆盘比整个星系更亮。

更奇怪的是，这些黑洞会闪烁。 发光圆盘的亮度每天都在波动，没有人能完全确定原因。

我和我的同事们在 NASA 的小行星防御工作的帮助下，在五年内观察了天空中超过 5,000 个增长最快的黑洞，试图了解为什么会出现这种闪烁。 在 一篇新论文 自然天文学, 我们报告了我们的答案：一种由摩擦和强烈的引力场和磁场驱动的湍流。

巨大的食星者

我们研究超大质量黑洞，这种黑洞位于星系中心，质量相当于数百万或数十亿个太阳。

我们自己的星系，银河系，在其中心有一个这样的巨星，其质量约为 200 万个太阳。 在大多数情况下，构成银河系其余部分（包括我们的太阳）的大约 XNUMX 亿颗恒星愉快地绕着中心的黑洞运行。

然而，并非所有星系都如此平静。 当成对的星系通过引力相互拉扯时，许多恒星最终可能会被拉得太靠近它们星系的黑洞。 这对星星来说是一个糟糕的结局：它们被撕裂并被吞噬。

我们相信这一定发生在黑洞重达十亿个太阳的星系中，因为我们无法想象它们怎么会变得如此大。 它也可能发生在过去的银河系中。

黑洞也可以以更慢、更温和的方式进食：通过吸入被称为红巨星的老年恒星吹出的气体云。

喂食时间

在我们的新研究中，我们仔细观察了宇宙中 5,000 个增长最快的黑洞的进食过程。

在早期的研究中，我们发现了胃口最旺盛的黑洞。 去年，我们发现了一个吃东西的黑洞 每秒一个地球的东西. 2018年，我们发现了一个吃 每 48 小时一个完整的太阳.

但我们对它们的实际进食行为有很多疑问。 我们知道物质在进入黑洞的过程中会盘旋成一个发光的“吸积盘”，它的亮度足以让整个星系都黯然失色。 这些肉眼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——太远了，我们看不到圆盘的任何细节。 我们有一些附近黑洞周围吸积盘的图像，但它们只是在吸入一些宇宙气体，而不是在享用恒星。

闪烁黑洞的五年

In 我们的新作品，我们使用了来自美国宇航局位于夏威夷的 ATLAS 望远镜的数据。 它每天晚上（如果天气允许）扫描整个天空，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。 我们的团队将这些黑洞中的每一个都制作了一部为期五年的电影，展示了由吸积盘冒泡和沸腾的发光漩涡引起的日常亮度变化。

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 Steven Balbus 和 John Hawley 提出了“磁旋转不稳定性”，它描述了磁场如何在圆盘中引起湍流。 如果这是正确的想法，那么光盘应该以规则的方式发出嘶嘶声。 它们会以随圆盘轨道展开的随机模式闪烁。 较大的圆盘以缓慢的闪烁速度运行得更慢，而较小的圆盘中更紧密和更快的轨道闪烁得更快。

但是现实世界中的圆盘会证明这么简单，没有任何进一步的复杂性吗？ （在空间本身弯曲到其断裂点的强烈引力和磁场中的超密集、失控的环境中，“简单”是否是湍流的正确词可能是一个单独的问题）。

使用统计方法，我们测量了 5,000 个光盘发出的光随时间闪烁的程度。 每一个闪烁的模式看起来都有些不同。

但是当我们按大小、亮度和颜色对它们进行分类时，我们开始看到有趣的模式。 我们能够确定每个圆盘的轨道速度——一旦你将时钟设置为以圆盘的速度运行，所有闪烁的模式开始看起来都一样。

“磁旋转不稳定性”理论确实预测了这种普遍行为。 那真是令人欣慰！ 这意味着这些令人难以置信的漩涡毕竟是“简单的”。

它开辟了新的可能性。 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，看看它们是否包含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准确。

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图片来源： EHT合作

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• Sumber: https://singularityhub.com/2023/02/09/why-do-black-holes-twinkle-scientists-studied-5000-star-eating-behemoths-to-find-out/