實(shí)習(xí)記者 代小佩
每個星系中心都有一個超大質(zhì)量黑洞，銀河系也不例外。在銀河系的中心，有著一個叫做人馬座A*的黑洞，它距離地球大約2.6萬光年，質(zhì)量大約是太陽的460萬倍。平時，人馬座A*就靜靜地“蟄伏”在銀心中，并不活躍，但最近它卻爆發(fā)出了“耀眼”的光芒。
近日，一項(xiàng)刊載在《天體物理雜志》的研究指出，美國加州大學(xué)洛杉磯分校的天文學(xué)家觀察到，人馬座A*的亮度突然變成正常情況下的75倍，比過去觀測到最大變化幅度還要大兩倍以上。而且，這一過程持續(xù)了好幾個小時。什么原因?qū)е逻@次異常情況發(fā)生?它對地球會產(chǎn)生哪些影響?
“慣犯”恒星S2又遭懷疑
在銀河系中心，有一些繞著人馬座A*運(yùn)轉(zhuǎn)的恒星，統(tǒng)稱為“S星”。論文第一作者美國加州大學(xué)洛杉磯分校天文學(xué)家圖安道(Tuan Do)表示：“最初，我們以為觀測到的是“S星”中的S2，因?yàn)槲覀儚膩頉]有見過人馬座A*發(fā)出如此巨大的光亮。”
但接下來的觀測顯示，這次光變有反復(fù)不定的特征，并非來自S2星，天文學(xué)家因此斷定它發(fā)生于黑洞人馬座A*。
“以前也探測到過人馬座A*的紅外光變和耀發(fā)，變化幅度也有三十幾倍，不過從來沒有這次這么高。”中科院國家天文臺研究員陸由俊在接受科技日報記者采訪時表示，這可能是人馬座A*在短期內(nèi)發(fā)生了較大幅度的光變，即黑洞耀發(fā)。
陸由俊說，造成這種現(xiàn)象的原因有很多：“其中一種可能是，某個運(yùn)動至人馬座A*黑洞近心點(diǎn)的恒星外部氣體被黑洞的潮汐力剝落，從而導(dǎo)致部分氣體在短時間內(nèi)被黑洞吞噬吸積產(chǎn)生大量的輻射，致使人馬座A*的光度急劇增加。”
什么樣的恒星會如此靠近黑洞呢?天文學(xué)家認(rèn)為，最有可能的就是恒星S2。2018年中旬，它正好在距離人馬座A*最近的位置，兩者僅僅相距17光時。但天文學(xué)家對此并不確定，因?yàn)镾2沒有大到能產(chǎn)生這么巨大的破壞力。
各方猜測都源于氣體吞噬
“另一種可能的原因是，運(yùn)動至人馬座A*黑洞近心點(diǎn)的氣體云塊被部分吸積導(dǎo)致黑洞光度急劇增加。”陸由俊解釋道。
氫氣體云G2可能扮演這樣的角色。2002年，天文學(xué)家觀測到G2在接近銀河系的中心。2012年一篇發(fā)表在《自然》上的研究指出，G2可能正向人馬座A*的吸積盤移動。G2的質(zhì)量約為地球3倍，溫度約為9726℃。曾經(jīng)，科學(xué)家就懷疑G2被卷進(jìn)黑洞然后釋放出巨大的光芒，不過這種情況并未發(fā)生過。
“還有一種可能是，人馬座A*黑洞周圍吸積流中的氣體非均勻分布，其中某個團(tuán)塊氣體被吸積，從而造成黑洞亮度增加。”陸由俊表示。
“在這三種解釋中，黑洞的紅外耀發(fā)都是因?yàn)楹诙赐淌蓺怏w量突然急劇增加而造成的。”陸由俊補(bǔ)充道，黑洞吸積氣體物質(zhì)才會產(chǎn)生輻射，吸積物質(zhì)越多輻射越強(qiáng)，就有可能導(dǎo)致人馬座A*的突然變亮。
還有天文學(xué)家認(rèn)為，這可能是物質(zhì)流入人馬座A*黑洞導(dǎo)致的自然結(jié)果。如果是這個原因，就意味著天文學(xué)家們可能需要更新此前用以解釋人馬座A*變化的統(tǒng)計(jì)模型。
超大黑洞自身很“冷靜”
此前有人猜測，這次黑洞耀發(fā)可能是黑洞本身大爆發(fā)造成的。對此，陸由俊表示否定：“銀河中心黑洞的質(zhì)量約為460萬個太陽質(zhì)量。而根據(jù)目前的理論，這樣的超大黑洞本身溫度極低，不可能自己爆發(fā)。”
在經(jīng)典的廣義相對論中，黑洞是真正意義上的黑色，沒有任何東西能從黑洞中逃逸。但史蒂芬·霍金的研究表明，黑洞實(shí)際上會發(fā)出具有確定溫度的輻射，即“霍金輻射”。
根據(jù)海森堡不確定原理，在真空中會瞬間憑空且自然地產(chǎn)生許多粒子—反粒子(虛粒子)對，其中一個負(fù)能粒子被吸進(jìn)黑洞，另一個正能粒子從黑洞中逃逸。逃逸的粒子獲得能量，逃到宇宙無限遠(yuǎn)的地方，外界看就像黑洞發(fā)射粒子一樣。“霍金輻射”能夠讓黑洞失去質(zhì)量，當(dāng)黑洞損失的質(zhì)量比增加的質(zhì)量多的時候就會造成坍縮，最終消失。
對于天體物理學(xué)尺度的黑洞而言，它們的“霍金輻射”相比宇宙微波背景輻射來說，是微不足道的。中科院國家天文臺研究員茍利軍明確表示：“天文學(xué)家這一次觀測到的黑洞耀發(fā)，只能與黑洞周圍的吸積盤有關(guān)。”
有人擔(dān)憂，這次的黑洞耀發(fā)輻射會不會對地球乃至銀河系帶來破壞?“這次事件產(chǎn)生的輻射遠(yuǎn)低于太陽的輻射，對地球不會造成任何影響和破壞。”陸由俊直言。
專家表示，這次事件對銀河系核心區(qū)的星際介質(zhì)可能會造成一定影響，比如導(dǎo)致這些介質(zhì)外流的加劇。“如果黑洞附近的物質(zhì)外流加劇意味著黑洞吸積物質(zhì)的原料減少，可能會導(dǎo)致未來的光度降低。”陸由俊說。
成長緩慢不會威脅地球
那么，人馬座A*周圍的物質(zhì)處于何種狀態(tài)呢?“銀河系中心黑洞周圍存在很多大質(zhì)量恒星圍繞其旋轉(zhuǎn)，也可能存在一些氣體云塊圍繞其旋轉(zhuǎn)。還有一些恒星的風(fēng)正在被中心黑洞捕獲并吸積吞噬，吞噬過程會產(chǎn)生多波段輻射，已被地球上的各種望遠(yuǎn)鏡“捕捉”到。”陸由俊告訴科技日報記者。
黑洞在吞噬周圍氣體和其他物質(zhì)的過程中會逐漸長大，吞噬范圍也隨之?dāng)U大。但銀河中心黑洞吸積氣體物質(zhì)的速率太低，它的成長極其緩慢，短時間內(nèi)幾乎可以忽略不計(jì)，因而其吞噬范圍也不會有什么變化。
不過，也有些黑洞吸積物質(zhì)的速率很高，比如類星體，這些黑洞成長速度很快。“但它們離地球太遠(yuǎn)，也不會造成什么影響。”陸由俊說。
茍利軍說，由于黑洞中心附近存在大量氣體遮蔽，我們的目光應(yīng)瞄準(zhǔn)能夠穿透這些氣體的電磁波，比如X射線以及紅外射線等。而具體能夠派上用場的有斯皮策望遠(yuǎn)鏡、雨燕衛(wèi)星、凱克望遠(yuǎn)鏡以及ALMA望遠(yuǎn)鏡等。“總的來說，這個事件并沒有太大的影響。具體影響則要進(jìn)一步觀測。”
茍利軍告訴記者，在得到更多觀測數(shù)據(jù)后，天文學(xué)家可以通過查看光譜、光變曲線等推斷出導(dǎo)致這次事件的真正原因。
關(guān)鍵詞： 銀河系中心突現(xiàn)耀眼光芒
