我們“實時”觀測了黑洞的再次爆發

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翻譯：賀玉影

校對：牧夫校對組

編排：陳宏宇

后臺：朱宸宇

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35年以來，IC 3599星系中心的黑洞已經爆發三次了。這第三次，天文學家密切地觀測了它。IC 3599，離我們大約2.8億光年外的一個星系，在1990年2010年都曾激烈地爆發過，我們只能在事件發生后拼湊出它們的樣子。這次是研究人員第一次能夠及時地在爆發發生時觀察它。研究論文講述了對它的多波長分析，7月10日發表在arXiv 預印本服務器。

因為這些爆發一再發生，我們自然會想知道它發生的原因。爭論在于，這些巨爆到底源于吸積盤本身的不穩定，還是由黑洞撕扯恒星這樣的潮汐擾動事件導致的。

“神速”的Swift觀測

在IC 3599的黑洞于1990年和2010年爆發之后，2013年開始，天文學家們用格雷爾斯雨燕天文臺（簡稱Swift）*每月對它做一次觀測。2025年10月，數據顯示IC 3599比它平常的“低落”狀態要亮50倍。為了深入調研，北肯塔基大學的Grupe博士領導的研究小組使用Swift、XMM牛頓望遠鏡*和利克天文臺*、興隆觀測站*還有高加索山天文臺（CMO）*的地面望遠鏡繼續做了觀測。

*雨燕天文臺是一顆專門用于觀測伽瑪射線暴的天文衛星，由美國、英國、意大利共同研制，由美國國家航空航天局2004年發射，工作在伽瑪射線、X射線、紫外線以及可見光多個波段。

*XMM牛頓望遠鏡是歐洲空間局1999年發射的一顆X射線天文衛星，具有極高的譜分辨本領。

*利克天文臺是世界上首個建于山頂的永久性臺址，使用美國富豪詹姆斯·利克的遺產建造，位于美國加利福尼亞州圣荷西市東部的漢密爾頓山山頂，海拔約1283米。

*中國國家天文臺興隆觀測基地隸屬于中國科學院國家天文臺光學開放實驗室，位于中國河北省承德市興隆縣燕山主峰南麓，海拔960米。

*高加索山天文臺是由莫斯科國立大學斯特恩伯格天文研究所于2014年建立的一座高海拔天文研究設施，位于俄羅斯北高加索地區的沙特賈特馬茲高原，海拔2100米。

研究小組利用宿主星系質量關系估算出該黑洞的質量約為200萬個太陽質量。它的亮度符合理論上黑洞以最大理論極限速率吸積物質時的預期值。利用XMM牛頓望遠鏡進行的長達12萬秒的專項觀測顯示，其X射線亮度呈現出周期性上下波動的模式，波動周期可能大概在7.4小時。

地面望遠鏡（利克、興隆、CMO）觀測到了顯示出許多新的或亮度驟增的發射線的光譜，尤其是來自高度電離鐵的“日冕線”，它們在星系寧靜狀態下是不可見的。這可能表明此次爆發正在電離距離黑洞周邊很遠距離的氣體。

吸積盤的不穩定

XMM牛頓望遠鏡的EPIC-pn相機觀測的IC 3599的光變曲線顯示出強烈的震蕩。圖中x軸為觀測時間，y軸上半為x射線亮度，下半為x射線硬度。

研究人員在考慮分析得到的若干線索后傾向于認為，吸積盤中的輻射壓不穩定是導致IC 3599反復發生巨型爆發的原因。在黑洞的吸積盤內側，光本身對氣體施加的壓力大到使該區域變得不穩定。氣體不斷積聚，達到臨界點后會觸發向內突然坍縮，從而引發爆發。隨后，吸積盤變空，溫度下降，并逐漸重新填充——如此不斷重復循環，但時間長度不定。

三次已知的爆發的間隔不等，分別是大約19.5年和15.7年。研究團隊表示，這實在不太像一種真正周期性的機制——例如一顆恒星或緊致天體沿固定軌道運行并反復擾動吸積盤的行為。

研究人員在論文中解釋現在還不能完全排除其他的理論。有可能一顆恒星正被黑洞反復剝離物質，每次都損失一點能量，這可能會逐漸縮短其軌道，或使其軌道變得更橢圓且搖擺不定。也有可能該星系中存在兩個相互繞轉的黑洞，這可能會產生與IC 3599中觀察到的相同類型的不規則亮度變化。但研究人員指出這兩種假說都無法解釋這些爆發現象的某些特性。

研究人員特別指出應該“格外關注”X射線亮度每7.4小時一次的振蕩現象。這一時間尺度與在其他少數活躍星系中觀測到的、被稱為“準周期振蕩”（QPOs）的現象相吻合，盡管目前的數據量還不足以支撐準確的結論，而且這些現象的成因仍不清楚。

總之，此次記錄到的IC 3599黑洞的爆發亮度接近黑洞的最大可能亮度，加上豐富的X射線和光學數據，表明其吸積盤內側的不穩定可能是此次爆發的觸發點。研究團隊總結道：“IC 3599在爆發高峰期達到了愛丁頓極限的吸積狀態，且XMM牛頓望遠鏡觀測到的它的爆發光變曲線呈現出異常的類似準周期振蕩的模式，它為我們深入理解極端條件下的吸積現象提供了獨特的見解。”

責任編輯：郭皓存

牧夫新媒體編輯部

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Psyche接近火星

這張由美國國家航空航天局（NASA）的“Psyche”任務所拍攝的圖像合成圖展示了火星的新月形輪廓隨著探測器于 2026 年 5 月 2 日至 5 月 從較高的相位角方向接近火星的，因此在接近接觸前的幾天里，這顆行星呈現出一個細長的新月形，并被反射自其表面上的陽光照亮。

圖片來源：美國國家航空航天局/噴氣推進實驗室-加州理工學院/亞利桑那州立大學