SgrA*：“無(wú)法做一顆安安靜靜的黑洞”

　　距離地球約 2.6 萬(wàn)光年之遠(yuǎn)的銀河系中心，一直是天文學(xué)家最感興趣的地方之一，那里蘊(yùn)藏著許多的謎團(tuán)。這是因?yàn)樵阢y心，棲息著一個(gè)超大質(zhì)量黑洞SgrA*——其質(zhì)量是太陽(yáng)的 400 萬(wàn)倍。天文學(xué)家相信，這個(gè)黑洞的一舉一動(dòng)，都與星系的演化有著莫大的關(guān)聯(lián)。

　　天文學(xué)家相信，幾乎在所有大型星系的中心都有一個(gè)超大質(zhì)量黑洞，有一些非常活躍，例如 M87 星系中心的黑洞Powehi，在下圖中可以清晰看到從 M87 星系中央朝兩邊噴射出的噴流：

M87 星系中心的超大質(zhì)量黑洞。

　　相比之下，我們星系中的 SgrA*要平靜的多。但是 SgrA*也可能時(shí)不時(shí)地變得活躍，在兩項(xiàng)最新的研究中，天文學(xué)家向我們展示了 SgrA*不平靜的一面。

　　1.

　　9 月 12 日，在一項(xiàng)發(fā)表于《自然》期刊的新研究中，天文學(xué)家使用了南非射電天文臺(tái)的 MeerKAT 望遠(yuǎn)鏡，在銀河系的中心周圍發(fā)現(xiàn)了兩個(gè)“射電氣泡”，與這兩個(gè)氣泡相比，那里的所有其他射電結(jié)構(gòu)都顯得相形見絀。這一特征很可能是幾百萬(wàn)年前在 SgrA*附近發(fā)生的異常高能爆發(fā)所導(dǎo)致的結(jié)果。

　　MeerKAT 射電望遠(yuǎn)鏡由 64 個(gè)天線組成，分布在卡納馮附近 8 公里的區(qū)域內(nèi)，于 2018 年春季開始收集數(shù)據(jù)。MeerKAT 有著空前的靈敏度和成像能力，加上它還處于觀測(cè)銀心的絕佳地理位置，因此它所捕捉到的銀心射電圖像是有史以來(lái)最清晰的。利用這些新的觀測(cè)能力，科學(xué)家就能夠拼湊出銀河系中心和潛藏在那里的超大質(zhì)量黑洞的歷史。

　　研究人員估計(jì)，幾百萬(wàn)年前，一場(chǎng)涉及到巨大能量的事件將物質(zhì)從黑洞周圍的區(qū)域噴涌而出，其能量相當(dāng)于約 100 顆恒星發(fā)生的爆炸。他們認(rèn)為，在這種情況下產(chǎn)生的快速帶電粒子與強(qiáng)磁場(chǎng)作用而被加速，產(chǎn)生了射電波氣泡。MeerKAT 看到的射電波穿透了濃密的塵埃云，這些云擋住了來(lái)自星系中心的可見光。

　　銀河系中央部分的射電圖像。一系列明亮的特征、爆炸的恒星和新恒星誕生的區(qū)域勾勒出了星系的平面。從銀河系中心發(fā)射出的射電波氣泡在星系平面上下延伸，許多磁化的絲狀結(jié)構(gòu)平行于氣泡運(yùn)行。

　　論文的合著者之一William Cotton說(shuō)：“我們所觀測(cè)到的形狀和對(duì)稱性有力地表明了在幾百萬(wàn)年前，在離我們星系中心黑洞很近的地方發(fā)生了一場(chǎng)威力驚人的事件。那次噴發(fā)事件可能是由于大量星際氣體落入黑洞引起的，也可能是由恒星形成時(shí)產(chǎn)生的大規(guī)模爆發(fā)而引起的，這種爆發(fā)能使沖擊波穿過(guò)星系中心。實(shí)際上，這些膨脹的高能氣泡位于銀河系中心附近的高溫電離氣體中，為其提供能量，并產(chǎn)生我們最終可以在地球上探測(cè)到的射電波。”

　　射電氣泡的發(fā)現(xiàn)或許還能解決射電天文學(xué)中的一個(gè)古老難題。1984 年，天文學(xué)家發(fā)現(xiàn)了一些絲狀結(jié)構(gòu)，它們只在星系中心出現(xiàn)過(guò)。而在氣泡內(nèi)部加速的電子就有可能是這些明亮絲狀結(jié)構(gòu)的來(lái)源，它們的長(zhǎng)度可以延伸到數(shù)十個(gè)秒差距。35 年來(lái)，它們的起源一直沒有得到明確的解釋，但新研究將它們與射電氣泡聯(lián)系了起來(lái)。

　　2. 在另一篇?jiǎng)偘l(fā)表的論文中，天文學(xué)家發(fā)現(xiàn)了 SgrA*正在享用著一頓由星際氣體和塵埃組成的大餐。天文學(xué)家Andrea Ghez說(shuō)：“在我們研究超大質(zhì)量黑洞的 24 年里，從未見過(guò)這樣的情況。”

　　研究人員分析了自 2003 年以來(lái)，歷經(jīng)了 133 個(gè)夜晚對(duì)這一黑洞進(jìn)行的 13000 多個(gè)觀測(cè)結(jié)果。這些圖像是由夏威夷的凱克天文臺(tái)和智利的歐洲南方天文臺(tái)的甚大望遠(yuǎn)鏡收集的。研究小組在 5 月 13 日發(fā)現(xiàn)，就在黑洞的事件視界(物質(zhì)一旦越過(guò)這個(gè)邊界就再也無(wú)法逃脫的邊界)之外的區(qū)域，其亮度是第二亮的觀測(cè)的兩倍。

　　氣體和塵埃在進(jìn)入黑洞的過(guò)程中會(huì)加熱并產(chǎn)生光。所以亮度的增加表明黑洞吞噬物質(zhì)的速度可能比平常要快。黑洞自身也發(fā)生了迅速的變化：在達(dá)到亮度峰值后，光在短短兩個(gè)小時(shí)內(nèi)的亮度變成了原有的1/75，觀測(cè)到的亮度是由落入黑洞的氣體和塵埃所釋放的輻射造成的。

　　他們還在今年的另外兩個(gè)夜晚中觀測(cè)到了巨大的變化，這三次變化都是前所未有的。正如上文提到的，SgrA*通常是一個(gè)安靜的黑洞，因此到底是什么推動(dòng)了這場(chǎng)饕餮盛宴，天文學(xué)家還不得而知。

　　有一個(gè)解釋認(rèn)為，有一顆名為 S0-2 的恒星在 2018 年夏天最接近黑洞，釋放出了大量氣體，然后于今年抵達(dá)了黑洞。另一種可能性涉及到一個(gè)名為 G2 的奇異天體，它很可能是一對(duì)雙星，在 2014 年時(shí)最靠近黑洞。G2 的外層可能已經(jīng)被黑洞剝離，這或許可以解釋黑洞外的亮度增加。還有一種可能是，亮度與被吸進(jìn)黑洞的大型小行星的消亡相對(duì)應(yīng)。

　　一顆名為 S0-2 的恒星圍繞著銀河系中心的超大質(zhì)量黑洞運(yùn)行。它沒有落入黑洞的魔爪，但它的接近可能是黑洞胃口變好的原因之一。

　　論文的第一作者Tuan Do說(shuō)：“那晚我看到的第一張圖像中，黑洞非常明亮，我一開始把它誤認(rèn)為是恒星 S0-2，因?yàn)槲覐奈匆娺^(guò)如此明亮的人馬座A*。但很快我就意識(shí)到這一定是黑洞，這是非常令人興奮的。”

　　這一結(jié)果使研究人員提出疑問(wèn)，這究竟是一次非同尋常的特殊事件，還是黑洞開始要變得活躍的前兆。研究小組還在繼續(xù)觀察這一區(qū)域，并將根據(jù)他們從新圖像中看到的情況來(lái)解決這個(gè)問(wèn)題。
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