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日期:2019-12-08 22:17:53     浏览:160    

资料来源:《科学技术日报》

天文学家发现,每个星系的中心通常都有一个超大质量黑洞。在宇宙中聚集周围物质形成星系之前,星系中心有黑洞吗?或者在中心产生黑洞之前,有星系吗?这个问题就像“鸡生蛋还是蛋生鸡”。到目前为止,还没有最终的结论。然而,人们普遍认为星系中心的黑洞对星系有很大的影响。一旦黑洞“搅动”,星系就会“变脸”

最近,研究人员观察到六个相对安静的星系突然活跃起来。他们的中心黑洞疯狂地“吞噬”,中心区域的亮度由弱变强。在浩瀚的宇宙中,这群原本“小透明度”的类星体已经转变成引人注目的闪亮类星体,激起了愤怒和存在的浪潮。研究人员观察这一变化过程已经有几个月了,但是面对恒星系数为十亿年的一生,这可以被描述为“瞬间的变脸”。更重要的是,天文学界以前几乎从未观察到星系的亮度增强。研究结果最近发表在《天体物理学杂志》上。

黑洞“饥饿”星系“温和”

一些学者计算出宇宙中至少有2万亿个星系。这些星系的形状、大小和亮度各不相同。即使用人类最先进的望远镜也找不到恒星暗淡的普通星系。还有星星点缀的活跃星系,甚至在100亿光年之外,它们的光可以被我们捕捉到。

普通星系能被看到的原因主要是因为大量恒星发出的光。活跃星系令人眼花缭乱的原因是它的核心发出最明亮的光。在星系的核心区域,超大质量黑洞贪婪地吞噬附近的气体和尘埃,并发出稳定明亮的光。相比之下,活跃星系中恒星发出的光只是萤火虫的辉光,远远小于中心黑洞太阳和月亮的“吞吐”亮度。正是因为两者亮度的显著差异,我们在地球上观察时只能在遥远的星空中看到一个亮点。这就是活动星系核,天文学家也称之为类星体,因为它看起来与附近的恒星非常相似。

在普通星系和活跃星系之间,还有第三种类型的星系,低电离辐射区(liner),这是这次“变脸”事件的主要特征。

线性星系是在核心区域有低电离辐射线的星系,在光谱中有特定的范围。中国科学院国家天文台研究员卢友军(Lu youjun)在接受《科学技术日报》采访时表示,普通星系的主要辐射源来自恒星,发射线无法在其核心区域捕捉到。活动星系的主要辐射源是核心区域黑洞活动产生的高电离辐射线。然而,线性星系的主要辐射源一直存在争议。有些人认为是来自银河系中心黑洞的光,而另一些人认为银河系中许多恒星发出的光更强。

“一般来说,普通星系中心的黑洞处于静止状态。基本上,它吃得不多,自然也不发光,就像银河系中心的黑洞相对安静一样。活跃星系中心的黑洞正在吃晚餐,吃着它,发出强烈而明亮的光。线性星系中心的黑洞处于“零食”状态,断断续续地吃一些,但吃得少和吐光相对较弱。中国科学院国家天文台研究员金赤川(Jin Chichuan)对《科学日报》表示,班轮星系核心区域的活动既不十分平静,也不太躁动不安。这是一个相对“温和”的星系。

“后来,一些学者提出,线性星系的核心区域也可能是恒星暴增区,有大量恒星形成。如果这些恒星质量高,它们也会发射紫外线光子,电离周围的云和气体,并释放低电离辐射线。”卢友军说。

过去这是“末日”,而这次是“新生活”

过去,星系“变脸”很少被观察到,大部分明亮的类星体变暗,这通常代表类星体的“终结”卢友军说。

自从第一颗类星体被发现以来,已经过去了将近60年。在此期间,发现了500,000多个类星体,其中只有少数能够“变脸”在观测过程中,这些“变脸”类星体的高电离发射线将在几年内消失。

这一次观测到的6个星系的亮度在几个月内增加了几次,从低电离线性星系变为高电离类星体,这更像类星体的诞生卢友军说,“我们以前几乎从未观察过它。”

是什么导致了这种转变?陆友军认为,如果银河系核心是恒星暴增区,恒星暴增区的“暴动”似乎不太可能引发“变脸”活动。因为恒星的形成需要很长时间,所以目前人类几乎不可能观察到这一变化过程。

因此,最可能的原因是银河系中心的黑洞突然增加了它周围的物质,导致它的电离光变得更强。然而,是什么导致“温和的”黑洞“骚动”?

研究者首先想到的是潮汐崩溃。如果黑洞的领土侵入恒星,只要它足够近,黑洞产生的潮汐力就可能撕裂恒星,一些恒星碎片会高速分裂并开始落入黑洞。在这个过程中,会出现不同的发射线信号,导致亮度瞬间增加,然后亮度会按照一定的时间规律衰减。然而,研究人员在进一步的观察中发现,它的衰减规律与潮汐崩溃事件不一致,这一假设也被驳回。

“如果气体云移动到黑洞的外围并被黑洞吞没,它也会在短时间内导致亮度增加。它的相关规律不同于潮汐崩溃事件。”卢友军表示,从目前的研究来看,气体云“侵入”黑洞的推测可能更接近真实答案。

挑战旧理论,探索新思想

“理论上,类星体至少需要几千年才能形成,但这一观察表明它们可能形成得非常快,所以以前的理论可能是错误的。”文章的第一作者和美国马里兰大学天文系的研究员弗雷德里克说。

"这个发现挑战了原始类星体理论."卢友军说,我们过去观察到的大量类星体稳定地释放出光,就像人们在壮年时精力充沛一样。只有少数类星体逐渐消失,就好像它们进入了老年。这个比例让我们认为类星体有很长的寿命。然而,这一发现可能是窥探传统类星体长寿常识的一个支点——类星体可能不会像我们最初想象的那样长寿。

在卢友军看来,如果类星体的真实生命周期相对缩短,那么将来可能会观察到越来越多的类星体诞生过程。至于为什么以前很少被观察到,可能是因为技术的支持改变了人们的想法。

“过去,人们想看得更远、更广,以便绘制‘星图’。如今,人们的观察方法越来越先进。在越来越广泛地观察的基础上,人们想更多地了解身体是什么,它有什么特征以及它是如何变化的。因此,同一天的区域将被频繁地观察到,发现天体变脸的概率自然会增加。”卢友军说道。

“这六个变化如此突然和戏剧性,以至于它们告诉我们在这些星系中发生了完全不同的事情。我们想知道有多少气体和灰尘突然开始落入黑洞。”弗雷德里克说。

"这一发现对黑洞吸积的传统理论模型提出了巨大挑战."金赤川说道。黑洞辐射的变化时间与黑洞质量正相关。可以理解的是,十个有太阳质量的黑洞可以在一天内通过吸积物质经历突然的亮度变化。然而,如果一个重达数千万甚至上亿太阳质量的超大质量黑洞的亮度突然变得活跃起来,在以前的认知中,至少需要数万年,毕竟,要让这个“胖子”活跃起来需要更多的时间和努力。

然而,真相就在眼前。这种“变脸”的神秘正在等待更多的研究来揭示。

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