黑洞是太空中引力十分強大的地方,甚至連光都無法逃脫。天文學家將黑洞按照大小分爲三類:微型黑洞、恒星黑洞和超大質量黑洞。微型黑洞質量一般小于太陽,而超大質量黑洞的質量可能相當于數十億個太陽。
當黑洞吞噬一顆恒星時,人們能夠通過可見光或X射線觀察到這一奇觀,但兩種方式同時觀察到的情況還沒有發生過。天文學家彼得·琼克(就职于拉德布德大学)和他的同事现在已经用X射線望遠鏡發現了許多被捕獲的恒星,但其可見光早在幾年前就已經被觀察到了。研究者表示,似乎黑洞永遠都在用相同的方式去吞噬恒星,而模式變化的可能性很小,更趨向于某種固定的模式。這項發現發表在2020年2月4日的《天體物理學雜志》上,主要研究的是延遲性X射線檢測對光學選擇的潮汐幹擾事件的影響。
潮汐幹擾現象描述的是黑洞吞噬恒星時將其撕成碎片的現象。恒星在接近黑洞的初期,越接近黑洞,被撕裂地速度越快,形狀先變得狹長,然後變得支離破碎,很快就變成了盤繞黑洞的積吸盤,在不久的將來被黑洞完全吞噬。
這個計算機模擬的圖像顯示,來源于潮汐切碎的恒星的氣體掉入了黑洞。一些氣體正在高速噴射到太空中。天文學家使用NASA的Galaxy Evolution Explorer在紫外線下觀察到了耀斑,並在夏威夷哈雷阿卡拉山上的Pan-STARRS1望遠鏡觀察到了光學耀斑。光線來自落入黑洞的氣體,以及恒星從系統中排出的富含氦氣發出光線。
在整個宇宙中,巨大的黑洞潛伏在星系中心的黑暗中,它們像伏擊的捕食者一樣,耐心等待毫不知情的星雲飛過,利用其巨大的重力作用將其拉成面條一樣的細線形狀,最後將其吞噬。天文學家有時會在可見光下看到這種奇觀,有時會在X射線下觀察到,但幾乎不會同時在兩種類型的光下看到,人們一度懷疑:黑洞有兩種不同的吞噬方式嗎?
從視覺到X射線
天文學家彼得·琼克(拉德布德大学)和他的国际同事现在通过钱德拉X射線望遠鏡看到了很多奇觀,但這些早在幾年前的光學觀察中被觀察到。似乎一顆恒星在被吞噬的過程中首先發出可見光,然後發出X射線。因此,黑洞在吞噬行爲上有很多共同點,而向外綻放光芒的時候則按照固定的模式變化,從柔和的白光到淡淡的X射線。
碰撞
被捕獲的恒星被拉伸成一條長長的繩子狀,以至于它快速纏繞黑洞主體之後,還能遇到自身的尾部,就像一條蛇咬自己的尾巴一樣。這種碰撞會導致“弦線”失去高度並掉入黑洞中。瓊克對他的理論有兩種解釋,即可見光和X射線嚴格按照該順序釋放。
第一種解釋是由于碰撞過程中釋放的能量,我們看到了可見光,由于在向黑洞中下落時,勢能損失,因此我們看到了X射線。“弦線”(此時更像是氣流)開始像所謂的黑體一樣發光,其特征曲線光譜在軟X射線中達到了峰值。
第二種選擇是碰撞本身會發出X射線,但是會出現密集的雲,吸收X射線後重新發出能量較低的可見光。只有當足夠的恒星物質消失後,雲層才足夠薄,此時X射線才能被釋放出來。
回轉
瓊克理論的結果是,黑洞的旋轉與被吞噬的恒星發出的X射線量之間存在關聯。目前尚不清楚黑洞是否整體完全旋轉。如果說eROSITA每年會看到數百條像面條一樣的“弦線”,那理論支持黑洞正在旋轉;反之,如果每年僅檢測到少數,則表明黑洞可能是靜止的。