天文学家们正在努力揭开一个超大质量黑洞的神秘面纱,这个黑洞的行为异常,引发了科学界的广泛关注。2018年,这个黑洞突然爆发,释放出强烈的“光学、紫外线和X射线”,直到2022年,研究人员才注意到其奇特的脉冲现象。更令人惊讶的是,这个脉冲的频率在短短两年内迅速加快,从最初的每18分钟一次缩短到每7.1分钟一次。
异常的脉冲现象
尽管两年在人类的时间尺度上看似漫长,但在宇宙学中,这只是一眨眼的功夫。科学家们对这个脉冲的异常变化表现出极大的兴趣,他们迫切想知道这个黑洞究竟发生了什么。
这项研究由麻省理工学院(MIT)的多位科学家主导,汇集了来自世界各地的研究人员。他们的研究论文发表在预印本服务器arXiv上。论文中指出,这个被称为1ES 1927+654(简称1ES)的超大质量黑洞,距离地球数百万光年,展现出一种前所未有的脉动模式。这种脉动被称为准周期振荡(QPO),但像1ES这样脉冲间隔随时间推移而减少的现象,此前从未被观测到。自2022年以来,其脉冲间隔已从18分钟缩短至7.1分钟。
“恒星伴侣”假说
经过研究,科学家们提出了一个引人注目的假说:1ES可能拥有一个“恒星级伴侣”。超大质量黑洞,包括活动星系核,拥有难以想象的密度,能够吸引周围的天体。这些天体逐渐聚集并融合,形成一个围绕黑洞的吸积盘。(恒星本身也可以有吸积盘,所以吸积现象在宇宙中是普遍存在的。)
对于某些天体来说,吸积盘可能是一个大型电磁反应的倒计时器。在对1ES的研究中,科学家们进行了一项模拟,结果表明,一颗白矮星有可能停留在1ES的吸积区域内,同时白矮星自身的吸积区域逐渐充满并最终爆发。这个过程可能需要大约7.1分钟,这与观测到的脉冲周期相吻合。
其他可能的解释
除了“恒星伴侣”假说,科学家们还提出了其他两种可能的解释来试图解释这个黑洞的异常闪烁。第一种解释是,1ES自身的吸积盘可能由于某种原因不稳定,导致物质积累不均匀,从而引发了单侧的电磁爆发。我们通常认为天体的轨道是完美的圆形和平坦的,但实际上,它们可能存在各种不规则的凸起和扭曲。
第二种解释是,1ES的日冕正在收缩,从而产生了一种振荡模式。日冕是环绕任何恒星(包括太阳)的等离子体外层。(当我们看到日食的照片时,从太阳主体射出的可见环状和条状物质就是日冕的突出部分。)日冕以每7.1分钟一次的周期性频率闪烁是比较罕见的,但并非完全不可能。
未来的观测与验证
为了缩小这些可能性范围,科学家们表示,我们需要对1ES进行长达十年的持续观测。在这段时间内,如果1ES确实存在一个白矮星伴侣,那么它的位置不会发生明显变化——相对于这两个天体所经历的宇宙时间而言,十年只是短暂的一瞬间。但是,如果X射线观测结果发生变化,并且随着时间的推移持续变化,那么这表明1ES内部存在振荡或摆动,而不是存在一个恒星伴侣。
更令人兴奋的是,我们有机会在2035年或2036年进行直接验证。研究团队总结道:“未来的X射线监测将对这些模型进行检验,如果它确实是一个恒星级轨道器,那么激光干涉空间天线(LISA)应该能够探测到其低频引力波辐射。”换句话说,一颗伴星会发出一种特殊的信号,LISA项目可以在那时探测到这种信号。现在,我们需要耐心等待。
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