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银河系中心突现耀眼光芒 专家:黑洞爆发可能性不大

每个星系中心都有一个超大质量黑洞,银河系也不例外。在银河系的中心,有着一个叫做人马座A*的黑洞,它距离地球大约2.6万光年,质量大约是太阳的460万倍。平时,人马座A*就静静地“蛰伏”在银心中,并不活跃,但最近它却爆发出了“耀眼”的光芒。

近日,一项刊载在《天体物理杂志》的研究指出,美国加州大学洛杉矶分校的天文学家观察到,人马座A*的亮度突然变成正常情况下的75倍,比过去观测到最大变化幅度还要大两倍以上。而且,这一过程持续了好几个小时。什么原因导致这次异常情况发生?它对地球会产生哪些影响?

“惯犯”恒星S2又遭怀疑

在银河系中心,有一些绕着人马座A*运转的恒星,统称为“S星”。论文第一作者美国加州大学洛杉矶分校天文学家图安道(Tuan Do)表示:“最初,我们以为观测到的是“S星”中的S2,因为我们从来没有见过人马座A*发出如此巨大的光亮。”

但接下来的观测显示,这次光变有反复不定的特征,并非来自S2星,天文学家因此断定它发生于黑洞人马座A*。

“以前也探测到过人马座A*的红外光变和耀发,变化幅度也有三十几倍,不过从来没有这次这么高。”中科院国家天文台研究员陆由俊在接受科技日报记者采访时表示,这可能是人马座A*在短期内发生了较大幅度的光变,即黑洞耀发。

陆由俊说,造成这种现象的原因有很多:“其中一种可能是,某个运动至人马座A*黑洞近心点的恒星外部气体被黑洞的潮汐力剥落,从而导致部分气体在短时间内被黑洞吞噬吸积产生大量的辐射,致使人马座A*的光度急剧增加。”

什么样的恒星会如此靠近黑洞呢?天文学家认为,最有可能的就是恒星S2。2018年中旬,它正好在距离人马座A*最近的位置,两者仅仅相距17光时。但天文学家对此并不确定,因为S2没有大到能产生这么巨大的破坏力。

各方猜测都源于气体吞噬

“另一种可能的原因是,运动至人马座A*黑洞近心点的气体云块被部分吸积导致黑洞光度急剧增加。”陆由俊解释道。

氢气体云G2可能扮演这样的角色。2002年,天文学家观测到G2在接近银河系的中心。2012年一篇发表在《自然》上的研究指出,G2可能正向人马座A*的吸积盘移动。G2的质量约为地球3倍,温度约为9726℃。曾经,科学家就怀疑G2被卷进黑洞然后释放出巨大的光芒,不过这种情况并未发生过。

“还有一种可能是,人马座A*黑洞周围吸积流中的气体非均匀分布,其中某个团块气体被吸积,从而造成黑洞亮度增加。”陆由俊表示。

“在这三种解释中,黑洞的红外耀发都是因为黑洞吞噬气体量突然急剧增加而造成的。”陆由俊补充道,黑洞吸积气体物质才会产生辐射,吸积物质越多辐射越强,就有可能导致人马座A*的突然变亮。

还有天文学家认为,这可能是物质流入人马座A*黑洞导致的自然结果。如果是这个原因,就意味着天文学家们可能需要更新此前用以解释人马座A*变化的统计模型。

超大黑洞自身很“冷静”

此前有人猜测,这次黑洞耀发可能是黑洞本身大爆发造成的。对此,陆由俊表示否定:“银河中心黑洞的质量约为460万个太阳质量。而根据目前的理论,这样的超大黑洞本身温度极低,不可能自己爆发。”

在经典的广义相对论中,黑洞是真正意义上的黑色,没有任何东西能从黑洞中逃逸。但史蒂芬·霍金的研究表明,黑洞实际上会发出具有确定温度的辐射,即“霍金辐射”。

根据海森堡不确定原理,在真空中会瞬间凭空且自然地产生许多粒子—反粒子(虚粒子)对,其中一个负能粒子被吸进黑洞,另一个正能粒子从黑洞中逃逸。逃逸的粒子获得能量,逃到宇宙无限远的地方,外界看就像黑洞发射粒子一样。“霍金辐射”能够让黑洞失去质量,当黑洞损失的质量比增加的质量多的时候就会造成坍缩,最终消失。

对于天体物理学尺度的黑洞而言,它们的“霍金辐射”相比宇宙微波背景辐射来说,是微不足道的。中科院国家天文台研究员苟利军明确表示:“天文学家这一次观测到的黑洞耀发,只能与黑洞周围的吸积盘有关。”

有人担忧,这次的黑洞耀发辐射会不会对地球乃至银河系带来破坏?“这次事件产生的辐射远低于太阳的辐射,对地球不会造成任何影响和破坏。”陆由俊直言。

专家表示,这次事件对银河系核心区的星际介质可能会造成一定影响,比如导致这些介质外流的加剧。“如果黑洞附近的物质外流加剧意味着黑洞吸积物质的原料减少,可能会导致未来的光度降低。”陆由俊说。

成长缓慢不会威胁地球

那么,人马座A*周围的物质处于何种状态呢?“银河系中心黑洞周围存在很多大质量恒星围绕其旋转,也可能存在一些气体云块围绕其旋转。还有一些恒星的风正在被中心黑洞捕获并吸积吞噬,吞噬过程会产生多波段辐射,已被地球上的各种望远镜“捕捉”到。”陆由俊告诉科技日报记者。

黑洞在吞噬周围气体和其他物质的过程中会逐渐长大,吞噬范围也随之扩大。但银河中心黑洞吸积气体物质的速率太低,它的成长极其缓慢,短时间内几乎可以忽略不计,因而其吞噬范围也不会有什么变化。

不过,也有些黑洞吸积物质的速率很高,比如类星体,这些黑洞成长速度很快。“但它们离地球太远,也不会造成什么影响。”陆由俊说。

苟利军说,由于黑洞中心附近存在大量气体遮蔽,我们的目光应瞄准能够穿透这些气体的电磁波,比如X射线以及红外射线等。而具体能够派上用场的有斯皮策望远镜、雨燕卫星、凯克望远镜以及ALMA望远镜等。“总的来说,这个事件并没有太大的影响。具体影响则要进一步观测。”

苟利军告诉记者,在得到更多观测数据后,天文学家可以通过查看光谱、光变曲线等推断出导致这次事件的真正原因。

来源:科技日报


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