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天文新知

黑洞吞噬恆星時會改變進餐氛圍

宇宙中,幾乎所有星系中心都有超大質量黑洞。這些黑洞都是有耐心的補食者,等待恆星不經意經過它們的地盤時,用無敵的重力場將它們扯碎吞噬。天文學家有時候能在可見光波段看到這個補食過程,有時則是在X射線波段看到,但幾乎沒有同時觀測到這兩種輻射,這代表黑洞是用兩種不同的方式吞噬恆星的嗎?

恆星被黑洞捕捉扯碎而形成長長的物質流。Credit: NASA/JPL-Caltech/JHU/UCSC
圖說:恆星被黑洞捕捉扯碎而形成長長的物質流,長到頭部已繞黑洞一週後與後方尾部物質相撞的程度。Credit: NASA/JPL-Caltech/JHU/UCSC

荷蘭太空研究所(Netherlands Institute for Space Research,SRON)暨奈梅亨拉德堡德大學(Radboud University)天文學家Peter Jonker等人透過錢卓X射線觀測衛星(Chandra)觀測一些X射線源,而這些X射線源多年之前都已在可見光波段偵測並識別過。研究結果顯示:這些X射線源顯然都是正在被黑洞吞噬的恆星,而它們在被吞噬過程中,似乎會先發出可見光,而後才發出X射線。所以黑洞的進食習性相當固定,亦即:不管被吞噬的恆星狀況如何,黑洞似乎都以同樣方式進食,而後根據固定模式改變進餐氛圍,從溫和的白光變成蒼白而明亮的X射線。Jonker等人希望這項假設能透過即將安裝完成的新設施來觀測證實,例如即將發射的eROSITA X射線衛星,或是如即將安裝在智利的BlackGEM的可見光望遠鏡等。

在恆星被黑洞吞噬的過程中,會被逐漸扯碎,而後隨著快速環繞黑洞的過程形成一道被愈拉愈長的物質流,長到甚至能繞完黑洞一週,頭部追上後方尾部的景象,像是貪吃蛇遊戲一樣。這樣頭尾相撞的物質碰撞將導致物質流與黑洞的距離減少,逐漸落向黑洞。Jonker等人提出兩個可能的假設來解釋可見光和X射線會依次釋出的理論。

第一個假設是可見光輻射是物質流首尾碰撞期間釋出的能量造成的,而X射線則是隨後物質落往黑洞的過程中發出的。恆星被扯碎後的氣體物質會以黑體輻射(black body)方式發光,其波譜的峰質是落在軟X射線波段。

第二種假設認為物質流首尾碰撞會發出X射線,但周邊有稠密的星雲吸收了這些X射線後,再以可見光波段再輻射出來。當恆星物質逐漸消散到一定程度後,這個稠密星雲也變得稀薄到能允許X射線輻射通過的程度,此時物質的勢能(potential energy)也隨之有損失。

無論那個觀點,Jonker等人的理論都意味著黑洞自旋和被吞噬的恆星發出的X射線量有關。他們認為現今對黑洞的自轉狀況雖仍是未知,不過如果未來eROSITA能每年觀測到幾百道物質流,就能確認黑洞有自轉;如果每年僅能偵測到少數幾道物質流,那麼黑洞就幾乎是靜止的狀態。(編譯/張桂蘭)
 
資料來源:Phy.org

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