2018年，天文學家觀察到日冕位於我們約 2.7 億光年的星系中，一個正在積極吸積、質量相當於 140 萬個太陽質量的黑洞突然消失，幾個月後又重新聚集。這種短暫但戲劇性的關閉在黑洞天文學中尚屬首次。現在，天文學家使用歐空局的 XMM-牛頓天文台發現了同一個黑洞，它表現出更前所未有的行為。他們檢測到來自 1ES 1927+654 的 X 射線閃光，其亮度穩定增加；在兩年的時間裡，毫赫茲振盪的閃光頻率從每 18 分鐘增加到每 7 分鐘一次；到目前為止，我們還沒有在黑洞中觀察到 X 射線的這種急劇加速。
在這位藝術家的概念中，物質被從一顆白矮星（右下的球體）中剝離出來，該白矮星在 1ES 1927+654 超大質量黑洞周圍最裡面的吸積盤內運行。圖片來源：NASA / Aurore Simonnet，索諾瑪州立大學。
黑洞是阿爾伯特愛因斯坦廣義相對論的預言。它們是重力怪物，囚禁任何穿過它們「表面」的物質或能量，「表面」是一個被稱為事件視界的時空區域。
在它最終下降到黑洞的過程中，這個過程被稱為吸積，注定的物質在黑洞周圍形成一個圓盤。吸積盤中的氣體會升溫並發出大部分紫外線（UV）。
紫外線與黑洞和吸積盤周圍的帶電氣體或等離子體雲相互作用。這種雲被稱為日冕，相互作用為紫外線提供能量，將其增強為 X 射線，XMM-Newton 可以捕獲 X 射線。
XMM-Newton自2011年以來一直在觀測1ES 1927+654。
但到了 2018 年，情況發生了變化——黑洞發生了一次大爆發，由於 X 射線日冕消失，似乎擾亂了周圍的環境。
漸漸地，新冠疫情捲土重來，到 2021 年初，一切似乎都恢復正常。
然而，2022 年 7 月，XMM-Newton 開始觀察到 X 射線輸出在 400 至 1,000 秒的時間尺度上變化約 10%。
這種類型的變化被稱為準週期振盪（QPO），在超大質量黑洞中很難被偵測到。
「這是我們第一個跡象表明正在發生一些奇怪的事情，」梅根·馬斯特森博士說。麻省理工學院的學生。
這些振盪可能表明，一個巨大的物體，如恆星，嵌入吸積盤中，並在被吞噬的過程中快速繞著黑洞運行。
隨著物體越來越接近黑洞，其繞軌道運行的時間會減少，導致振盪頻率增加。
計算表明，這個繞軌道運行的物體很可能是一顆被稱為白矮星的恆星屍體，其質量約為太陽的0.1倍，以令人難以置信的速度運行。
它大約每十八分鐘繞中心怪物繞一圈，距離約一億公里。然後事情變得更奇怪了。
在近兩年的時間裡，XMM-Newton 表明振蕩的強度和頻率都在增加，但與研究人員預期的方式不同。
他們假設該物體的軌道能量是按照廣義相對論以重力波的形式發射。
為了測試這個想法，他們計算了這個物體何時穿過視界、從視野中消失、振盪停止——結果是 2024 年 1 月 4 日。
「在我的職業生涯中，我以前從未能夠做出如此精確的預測，」麻省理工學院的艾琳·卡拉博士說。
2024 年 3 月，XMM-Newton 再次觀察－振盪仍然存在。
該物體現在以大約光速一半的速度運行，每七分鐘完成一週軌道。
無論吸積盤裡有什麼，它都頑強地拒絕被黑洞吞噬。
要嘛不只是重力波在起作用，要嘛整個假設需要改變。
天文學家也考慮了振盪起源的另一種可能性。
回想起 2018 年 X 射線日冕的消失，他們想知道這片雲本身是否可能在振盪。
問題在於，沒有既定的理論來解釋這種行為，因此沒有明確的途徑來進一步推進這個想法，他們回到了原始模型，並意識到有一種方法可以修改它。
馬斯特森說：“如果黑洞確實有一個白矮星伴星，那麼它產生的引力波將可以被 LISA 探測到，LISA 是歐空局與 NASA 合作的一項任務，預計將在未來十年內啟動。”
_____
梅根·馬斯特森等人。 2025。自然，正在出版； arXiv：2501.01581
