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天文学家观察到一个黑洞的日冕神秘地消失,然后又重新出现

一颗恒星的碰撞可能触发了剧烈的转变。

宇宙似乎有一种奇怪的幽默感。当一种冠状外壳病毒在世界各地横行霸道时,另一种完全不同的日冕却在距离地球1亿光年的地方神秘地消失了。

麻省理工学院和其他地方的天文学家第一次目睹了超大质量黑洞自身的日冕被突然摧毁。日冕是一个超亮的、10亿度的高能粒子环,环绕着黑洞的视界。

造成这一戏剧性变化的原因尚不清楚,但研究人员猜测灾难的根源可能是一颗被黑洞的引力吸引的恒星。就像扔进齿轮箱的一颗鹅卵石一样,这颗恒星可能已经反弹穿过了黑洞盘状的旋涡物质,导致附近的一切,包括日冕的高能粒子,突然坠入黑洞。

天文学家观察到,结果是在不到一年的时间里,黑洞的亮度陡然下降了1万倍。

我们预计,如此巨大的光度变化会在数千年到数百万年的时间尺度上发生变化。麻省理工学院物理学助理教授艾琳·卡拉说。但在这个物体中,我们看到它一年变化了10000,甚至在8小时内变化了100倍,这是完全闻所未闻的,真的令人难以置信。

在日冕消失之后,天文学家继续观察,黑洞开始慢慢地将外部边缘的物质聚集在一起,以改变其旋转的吸积盘,吸积盘开始在接近黑洞视界的地方旋转高能量的x射线。这样,在短短几个月内,黑洞就能产生一个新的日冕,几乎恢复到它原来的亮度。

这似乎是我们第一次看到日冕先是消失,然后又重新形成,我们正在实时观察这一过程。卡拉说。这对于理解黑洞的日冕是如何首先被加热和驱动的非常重要。

卡拉和她的合著者,包括来自智利圣地亚哥的Diego Portales大学的Claudio Ricci,今天在《天体物理学杂志通讯》上发表了他们的发现。来自MIT的合著者包括Ron Remillard和Dheeraj Pasham。

灵巧的洗衣机

2018年3月,一场意外的爆炸照亮了ASSASN的视野。ASSASN是一种全天自动观测超新星的系统,可以观测整个夜空的超新星活动。调查记录了1ES 1927 654的一道闪光,这是一个活跃的星系核,或AGN,它是一种超大质量黑洞,亮度高于正常水平,位于星系中心。ASSASN观察到这个天体的亮度跃升到它正常亮度的40倍左右。

这是一个我们多少知道的AGN,但它不是很特别,卡拉说。然后他们注意到这个普通的AGN突然变亮了,这引起了我们的注意,我们开始用其他很多望远镜在不同波长的地方观察它。

该团队使用多个望远镜在x射线、可见光和紫外线波段观察黑洞。这些望远镜中的大多数都是周期性地对着黑洞,例如每六个月就记录一整天的观测结果。该团队还每天用美国宇航局更好的x射线望远镜观察黑洞,这是一个小得多的x射线望远镜,安装在国际空间站上,探测器由麻省理工学院的研究人员开发和制造。

更好很好,因为它很灵活,卡拉说。它就像一个在国际空间站周围跳跃的小洗衣机,它可以收集大量的x射线光子。每天,更好的人可以快速地看一眼这个AGN,然后离开去做别的事情。

通过频繁的观察,研究人员能够捕捉到黑洞急剧下降的亮度,几乎在他们测量的所有波段,特别是在高能x射线波段。这一观测表明黑洞的日冕已经完全而突然地蒸发了。

在恒星经历了这次巨大而疯狂的爆发之后,我们看到日冕消失了,卡拉回忆说。它变得无法探测,这是我们以前从未见过的。

震动的闪光

物理学家不确定日冕形成的确切原因,但他们认为它与穿过黑洞吸积盘的磁场线的结构有关。在黑洞物质漩涡盘的外围区域,磁场线或多或少处于一种简单的结构中。在靠近视界的地方,特别是靠近视界的地方,物质会带着更多的能量旋转,这可能会导致磁场线扭曲和断裂,然后重新连接。这种纠缠在一起的磁能可以使粒子在黑洞附近旋转,达到高能x射线的水平,形成环绕黑洞的冠状日冕。

卡拉和她的同事们认为,如果一颗任性的恒星确实是日冕消失的罪魁祸首,那么它首先会被黑洞的引力拉扯成碎片,将恒星碎片散射到吸积盘各处。这可能导致了ASSASN捕捉到的短暂闪光。这“;潮汐中断”;天文学家称之为撞击事件,它会触发盘中的大部分物质突然落入黑洞。它也可能使磁碟的磁场线紊乱,从而无法再产生并支持高能量日冕。

最后一点对于理解日冕最初是如何形成的可能很重要。根据黑洞质量的不同,恒星会在一定的半径内被黑洞的引力吸引。

这告诉我们,如果所有的运动都发生在潮汐干扰半径内,那就意味着支持日冕的磁场结构必须在那个半径内,卡拉说。也就是说,对于任何普通的日冕,其半径内的磁场是造成日冕形成的原因。

研究人员计算出,如果一颗恒星确实是黑洞失去日冕的原因,如果一个日冕在一个类似大小的超大质量黑洞中形成,它将在大约4光分钟的半径内形成。这个距离大致可以解释为距离黑洞中心约7500万公里。

需要说明的是,这一事件是由于恒星潮汐的中断而发生的,这将是我们对日冕必须存在的位置所面临的最严格的限制。卡拉说。

从那以后日冕发生了改变,发出了高能量的x射线,这个小组也能够观察到。它已经不像以前那么明亮了,但研究人员仍在继续对它进行监测,尽管频率有所降低,以了解这个系统还会有什么变化。

参考文献:2020年7月15日,《天体物理学报》。

这项研究的部分资金来自NASA。

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