2018年，天文学家观察到日冕位于距我们约 2.7 亿光年的星系中，一个正在积极吸积、质量相当于 140 万个太阳质量的黑洞突然消失，几个月后又重新聚集。这种短暂但戏剧性的关闭在黑洞天文学中尚属首次。现在，天文学家使用欧空局的 XMM-牛顿天文台发现了同一个黑洞，它表现出更前所未有的行为。他们检测到来自 1ES 1927+654 的 X 射线闪光，其亮度稳定增加；在两年的时间里，毫赫兹振荡的闪光频率从每 18 分钟一次增加到每 7 分钟一次；迄今为止，我们还没有在黑洞中观察到 X 射线的这种急剧加速。
在这位艺术家的概念中，物质被从一颗白矮星（右下的球体）中剥离出来，该白矮星在 1ES 1927+654 超大质量黑洞周围最里面的吸积盘内运行。图片来源：NASA / Aurore Simonnet，索诺玛州立大学。
黑洞是阿尔伯特·爱因斯坦广义相对论的预言。它们是引力怪物，囚禁任何穿过它们“表面”的物质或能量，“表面”是一个被称为事件视界的时空区域。
在它最终下降到黑洞的过程中，这个过程被称为吸积，注定的物质在黑洞周围形成一个圆盘。吸积盘中的气体升温并发出大部分紫外线（UV）。
紫外线与黑洞和吸积盘周围的带电气体或等离子体云相互作用。这种云被称为日冕，相互作用为紫外线提供能量，将其增强为 X 射线，XMM-Newton 可以捕获 X 射线。
XMM-Newton自2011年以来一直在观测1ES 1927+654。当时一切都很正常。
但到了 2018 年，情况发生了变化——黑洞发生了一次大爆发，由于 X 射线日冕消失，似乎扰乱了周围的环境。
渐渐地，新冠疫情卷土重来，到 2021 年初，一切似乎已经恢复正常。
然而，2022 年 7 月，XMM-Newton 开始观察到 X 射线输出在 400 至 1,000 秒的时间尺度上变化约 10%。
这种类型的变化被称为准周期振荡（QPO），在超大质量黑洞中很难检测到。
“这是我们第一个迹象表明正在发生一些奇怪的事情，”博士梅根·马斯特森说。麻省理工学院的学生。
这些振荡可能表明，一个巨大的物体，如恒星，嵌入吸积盘中，并在被吞噬的过程中快速绕黑洞运行。
随着物体越来越接近黑洞，其绕轨道运行的时间会减少，从而导致振荡频率增加。
计算表明，这个绕轨道运行的物体很可能是一颗被称为白矮星的恒星尸体，其质量约为太阳的0.1倍，以令人难以置信的速度运行。
它大约每十八分钟绕中心怪物绕一圈，距离约为一亿公里。然后事情变得更奇怪了。
在近两年的时间里，XMM-Newton 表明振荡的强度和频率都在增加，但与研究人员预期的方式不同。
他们假设该物体的轨道能量按照广义相对论以引力波的形式发射。
为了测试这个想法，他们计算了这个物体何时穿过视界、从视野中消失、振荡停止——结果是 2024 年 1 月 4 日。
“在我的职业生涯中，我以前从未能够做出如此精确的预测，”麻省理工学院的艾琳·卡拉博士说。
2024 年 3 月，XMM-Newton 再次观察——振荡仍然存在。
该物体现在以大约光速一半的速度运行，每七分钟完成一周轨道。
无论吸积盘里有什么，它都顽固地拒绝被黑洞吞噬。
要么不仅仅是引力波在起作用，要么整个假设需要改变。
天文学家还考虑了振荡起源的另一种可能性。
回想起 2018 年 X 射线日冕的消失，他们想知道这片云本身是否可能在振荡。
问题在于，没有既定的理论来解释这种行为，因此没有明确的途径来进一步推进这一想法，他们回到了原始模型，并意识到有一种方法可以修改它。
马斯特森说：“如果黑洞确实有一个白矮星伴星，那么它产生的引力波将可以被 LISA 探测到，LISA 是欧空局与 NASA 合作的一项任务，预计将在未来十年内启动。”
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梅根·马斯特森等人。 2025。超大质量黑洞最内层轨道附近的毫赫兹振荡。自然，正在出版； arXiv：2501.01581
