在2.5亿光年外，发现黑洞周期性耀斑，每9小时发生一次X射线爆发！

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在2.5亿光年外，发现黑洞周期性耀斑，每9小时发生一次X射线爆发！

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天文物理 Today


欧空局X射线空间望远镜XMM-牛顿探测到来自遥远星系前所未有的周期性X射线辐射耀斑，这可能有助于解释活动黑洞的一些神秘行为。XMM-牛顿，是最强大的X射线天文台，在大约2.5亿光年之外GSN 069星系核心的活动黑洞中发现了一些神秘闪光。2018年12月24日，天文学家发现光源的亮度突然增加了100倍，然后在1小时内变暗到正常水平，9小时后再次闪亮。发表在《自然》期刊上主要作者，西班牙马德里Astrobiología中心的Giovanni Miniutti说：这完全出乎意料。

                               
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巨大的黑洞像蜡烛一样有规律地闪烁，但从2018年12月开始在GSN 069中看到快速、重复变化是完全新的东西。在接下来的几个月里，XMM-牛顿和NASA的钱德拉X射线天文台一起进行了进一步的观测，证实了遥远的黑洞仍然保持着活动节奏，每隔9个小时就会发出几乎周期性的X射线爆发，研究人员称这种新现象为“准周期性爆发”（QPEs）。
X射线发射来自正在被吸进黑洞并在这个过程中加热的物质。在吸积盘中有各种机制可以产生这种类型的准周期信号，潜在地与接近中心黑洞吸积流的不稳定性有关。或者喷发可能是由于盘状物质与第二个黑的的相互作用，也或者可能是先前被黑洞破坏的恒星残骸。尽管之前从未观察到，Giovanni等天文学家认为像这样的周期性耀斑，实际上在宇宙中可能是相当普遍的。

                               
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以前可能没有发现这种现象，因为遥远星系核心的大多数黑洞，质量是太阳质量的数百万到数十亿倍，比GSN 069中的黑洞要大得多，GSN 069的质量仅为太阳的40万倍。黑洞越大，质量越大，它所显示的亮度波动就越慢，因此一个典型的超大质量黑洞不会每隔九个小时爆发一次，而是每几个月或几年爆发一次。这将使检测变得不太可能，因为观察很少跨越这么长的一段时间。

                               
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还有更多，像在GSN 069中发现的准周期喷发，可以提供一个自然框架来解释在相当一部分活跃黑洞中观察到一些令人费解的模式，这些黑洞的亮度似乎变化太快，很难用现有的理论模型来解释。许多巨大的黑洞，亮度在几天或几个月内以非常大的因素上升或衰减，而研究人员预计的变化速度会慢得多。但是，如果其中一些变异性对应于类似于GSN 069中发现的喷发上升或衰减阶段，那么这些系统的快速变异性(目前看来不可行)自然可以解释。

                               
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新数据和进一步研究将告诉我们这个类比是否真的成立。在GSN 069中发现的准周期性喷发也可以解释在几乎所有明亮、吸积的超大质量黑洞X射线发射中观察到另一种有趣性质：所谓的“软过剩”。它包括在低X射线能量下的增强发射，并且对于导致它的原因仍然没有一致意见，一个领先的理论调用了在吸积盘附近加热的电子云。和类似的黑洞一样，GSN069在爆发期间表现出这样的软X射线过剩，而不是在喷发之间。西班牙欧空局天文中心XMM-牛顿操作小组的合著者理查德·萨克斯顿(Richard Saxton)表示：

                               
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我们可能正在实时目睹软过剩的形成，这可能会阐明其物理起源。目前还不清楚电子云是如何形成的，但天文学家正试图通过研究喷发期间GSN 069的X射线光谱变化来确定机制。该小组已经在试图确定GSN069在首次检测到周期性喷发时定义属性，以寻找更多的案例进行研究。马德里天体生物学中心的合著者Margherita Giustini说：近期的目标之一是在其他星系中寻找X射线准周期喷发，以进一步了解这种新现象的物理起源。

                               
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欧空局的XMM-Newton项目科学家Norbert Schartel说：GSN 069是一个非常吸引人的来源，有可能成为黑洞吸积领域的参考。如果没有XMM-牛顿的能力，这个发现是不可能的。这些爆发发生在X射线波段的低能量部分，在那里XMM-牛顿是无可匹敌的。如果我们想在未来发现更多这样的事件，肯定需要再次使用天文台。

博科园｜研究/来自：欧洲航天局

参考期刊《自然》

DOI: 10.1038/s41586-019-1556-x