国际空间站直击黑洞“吃星星”

在科幻电影《星际穿越》中，主人公进入了黑洞，没有被重力撕裂，而是来到了一个高维空间的奇迹。当黑洞吞噬一个物体时会发生什么？人类目前的科学水平无法完全回答这个问题，只能瞥见黑洞吞噬恒星时发出的光波。

北京时间1月10日凌晨，世界*学术期刊《自然》的封面文章描述了一项关于吞噬恒星的黑洞的观测研究，这在宇宙学上被称为“黑洞瞬变”事件。

与死亡共舞

作为一个极端的天体，黑洞是恒星的特殊目的地。随着恒星的核聚变燃料耗尽，较小的内部坍缩成白矮星，而较大的内部坍缩成中子星或黑洞。

根据爱因斯坦引力场方程的计算，如果大量物质集中在空间的一个点上，围绕奇点将形成一个扭曲的时空“视界”。一旦进入这个界面，即使是光子也无法逃脱，所以它被称为“黑洞”。

虽然黑洞本身没有光，但大量分散的物质会吸附在黑洞周围，并旋转形成一个发光的圆盘结构。一旦天体进入吸积盘，它就开始被黑洞吞噬。

沿着吸积盘中心轴的上端和下端，科学家们还发现了神秘的黑洞“日冕”，它类似于太阳的“日冕”，是一种致密的超高温等离子体。

自然封面纸

正如封面图片所描绘的，黑洞以“双星共舞”的形式吞噬恒星。恒星或白矮星围绕黑洞旋转，物质不断被吸收，释放出巨大的引力波和能量，高速等离子体射流从黑洞逃逸，形成明亮的光束。

也就是说，尽管黑洞像暴食一样吞噬一切，但它们不能完全进食，而且总是打嗝，这给天文学家留下了研究的线索。

“黑洞”中的水滴

2018年3月6日，位于智利安第斯山脉托罗洛山顶的两台“全天自动超新星搜索项目”望远镜捕捉到了一个编号为ASASSSN-18Ey的光学信号。五天后，国际空间站上的全天x光图像监视器捕捉到了一个编号为MAXI J1820+070的x光源。在比较了这两个相位之后，天文学家最初确定这两个信号来自吞噬天体的同一个黑洞，形成了一个黑洞双重系统。

值得一提的是，这个信号源非常亮，大约3260光年远，是人类发现的黑洞双星系统中离地球最近的一个。

新闻发布后，全世界十几架地面望远镜和太空设备瞄准信号源，接收和分析不同频段的数据。这包括同样位于国际空间站的中子星探测器。这种负载是为中子星周围的极端重力、电磁场和核物理而设计的。它是专门设计用来探测物质在极高密度和高压下的奇妙状态的。因此，它也适用于观察黑洞。

为了理解探针的工作原理，你可以想象水滴在一个“黑暗的洞穴”中。首先你听到水滴的声音，然后你听到水滴反弹回洞壁的回声。水滴的声音和回声之间的间隔越长，洞穴的大小就越大。

对于黑洞，“水滴声”是从日冕发出的x光光子，“回声”是日冕与吸积盘内缘相互作用后发出的第二个x光光子。

黑洞“吞噬恒星”后吸积盘和日冕的变化

该探测器由52对x光收集器组成，可以记录单个疑似x光光子的到达时间和能量，时间分辨率小于100纳秒，比美国宇航局上一代最精确的x光计时器快25倍。

这就是为什么美国、英国、荷兰和日本团队能够捕捉到黑洞过渡过程中X射线光谱的细微变化:在吃掉恒星后，黑洞吸积盘的大小保持相当稳定，而日冕的大小却缩小了。

这与先前预测的“吸积盘截断模型”相反。早些时候，一些科学家推测，当黑洞吞噬恒星时，吸积盘旋转得更快，收缩得更快。今天，高精度x光探测器描述了不同的场景。然而，为了排除个别案例的特殊性，这种新的描述模型需要更多的案例测试。