(ESO/L. Calçada)
天文学家发现了一个超大质量(SMBH)具有异常规律的喂养时间表。
庞然大物是一个活动星系核(AGN) 位于 Seyfert 2 星系 GSN 069 的中心。AGN 距离地球约 2.5 亿光年,质量约为太阳的 400,000 倍。
天文学家团队使用了欧洲航天局的XMM-牛顿和美国宇航局的钱德拉X射线天文台观察SMBH的X射线发射。 大约每 9 小时,当物质被吸入黑洞时,黑洞就会发出明亮的 X 射线。
天文学家发现了另外两个恒星质量它们在进食时会定期爆发,但超大质量黑洞中的这种规律性以前从未见过。
概述这一发现的论文发表于自然并标题为“低质量黑洞星系核的九小时 X 射线准周期喷发”。
主要作者是西班牙欧空局天体生物学中心的乔瓦尼·米尼乌蒂(Giovanni Miniutti)。
根据该论文,SMBH 每天 3 次消耗相当于四个月球的物质。 这意味着黑洞每次进食都会消耗大约一百万亿磅的物质。
米努蒂在一份报告中说:“这个黑洞的膳食计划是我们以前从未见过的。”新闻稿。
“这种行为是如此史无前例,以至于我们不得不创造一个新的表达方式来描述它:‘X 射线准周期性喷发’。”
自 2010 年 7 月起,人们就知道并观察到了这个超大黑洞的 X 射线发射,但它们的发射量很稳定。 这篇新论文基于 2018 年 12 月开始的 54 天观测,观测起始于 ESA 的 XMM-牛顿天文台。
该天文台于 12 月 24 日发现了两次爆发。 一月份,XMM-Newton 又发现了三个这样的规律爆发。
随后天文学家要求美国宇航局钱德拉天文台提供更多观测时间进行调查。 钱德拉观察到了另外五起这样的事件。
在当前的定期喷发期间,X 射线耀斑活动比背景 X 射线发射增加两个数量级。 每次耀斑持续仅一个多小时,每九小时发生一次。
两个最初的耀斑(蓝色)加上 XMM-牛顿(绿色)和钱德拉(红色)发现的后续耀斑。 (G·米尼乌蒂你 在。,2019。)
“通过结合这两个 X 射线天文台的数据,我们已经跟踪了这些周期性爆发至少 54 天”,西班牙马德里欧洲空间天文学中心的合著者理查德·萨克斯顿 (Richard Saxton) 说。
“这给了我们一个独特的机会来见证物质流入超大质量黑洞的过程中反复加速和减速。”
在每次爆发期间,X 射线耀斑都比安静时期亮 20 倍。 落入的气体的温度也升高。 它会从安静时期的约 100 万华氏度升至耀斑期间的 250 万华氏度。 较高的温度与大多数活跃生长的超大黑洞周围的气体温度大致相同。
这些定期耀斑的原因尚不清楚。 GSN 069 周围的 250 万华氏度高温气体与其他黑洞周围的气体温度相同。 这是一个谜,因为它太热了,不可能来自黑洞周围下落的物质盘。 但 GSN 069 是研究这一现象的独特机会,因为热气体反复形成然后消失。
通常情况下,这种热气体是由恒星被撕裂并被黑洞吞噬而产生的,至少天文学家是这么认为的。 但 GSN 069 所表现出的规律性仍然是个谜。
“我们认为X射线发射的起源是一颗被黑洞部分或完全撕裂并正在慢慢一点一点吞噬的恒星,”共同作者、欧空局天体生物学中心的玛格丽塔·朱斯蒂尼(Margherita Giustini)说。
“但至于重复爆发,这是一个完全不同的故事,其起源需要用进一步的数据和新的理论模型来研究。”
同样,看到超大质量黑洞消耗恒星的气体也不是什么新鲜事。 令人头疼的是 GSN 069 爆发的规律性。 该研究的作者对SMBH的定期喂食时间表提出了两种可能的解释:
- 圆盘中的能量不断积累,直到变得不稳定,物质迅速落入黑洞,产生爆发。 这个循环正在重复。
- 圆盘和绕黑洞运行的次级天体之间存在相互作用,次级天体可能是部分破裂的恒星的残余物。
借助钱德拉的观测,科学家团队知道耀斑 X 射线的来源就在 GSN 069 的中心。预计SMBH 就在那里。
钱德拉和XMM-牛顿的综合数据也清楚地表明,耀斑虽然有规律,但正在缓慢变化:黑洞“膳食”的大小和持续时间都略有减少,并且每次膳食之间的空间正在增加。 这些趋势是否会持续下去取决于未来的观察。
对于 SMBH 来说,GSN 069 偏小。 通常,一个超大质量黑洞的质量相当于几百万甚至几十亿个太阳的质量,而GSN 069只含有大约40万个太阳的质量。 这可能有助于解释为什么以前从未见过这种类型的定期喂养。
对于较大的超大黑洞,比这个大得多,它们的亮度波动要慢得多。 它们不会每九小时喷发一次,而是需要数月甚至数年的时间才能像这样爆发。 这可以解释为什么像这样的准周期性喷发(QPE)还没有被观察到。 X 射线天文台很繁忙,而且没有办法对一个目标进行那么长时间的训练。
在一些情况下,我们已经观察到黑洞产生的 X 射线大幅增加或减少。 这些观察依赖于数月甚至数年的重复观察。
其中一些变化太快,无法用黑洞吸积盘落入物质的标准理论来解释。 但这一发现可以解释这些观察结果。 他们可能正在经历与 GSN 069 类似的行为。