黑洞深處的旋律 幾分鐘一次的宇宙心跳聲(圖)
1ES 1927+654的黑洞旁，或許存在一個出乎意料的天體。（圖片來源：Danicha/stock.adobe.com）
天文學家透過多項太空與地面觀測設備，對一個距離地球約2.7億光年的活躍星系核心進行長期監測，結果在中心的黑洞周圍發現前所未見的現象。
據NASA報導，這項研究由多國團隊利用多個任務與望遠鏡數據完成，並在美國天文學會會議上發表相關成果，觀測對象為星系1ES 1927+654，位於天龍座，其中心是一個質量約140萬個太陽質量的超大質量黑洞。
2018年的劇烈爆發改變了一切
2018年，這個星系的核心突然在可見光、紫外線與X射線波段出現強烈爆發。自那之後，多個研究團隊持續追蹤其變化，試圖理解黑洞活動如何演化。在爆發過後，黑洞曾短暫恢復平靜，在一年內活動顯著下降。不過到了2023年，情況再次改變，X射線觀測數據顯示這一黑洞重新活躍。
研究人員透過多項任務進行監測，包括尼爾‧格雷爾斯‧史威夫特天文台、核光譜望遠鏡陣列「新星」，以及歐洲太空總署的XMM-牛頓衛星，這些X射線觀測為研究團隊提供連續的高能輻射變化數據。
高解析射電影像捕捉到噴流
當X射線再次增強後，研究人員隨即進行射電觀測，結果發現一次罕見且強烈的射電耀斑正在發生。
後續觀測主要透過美國國家射電天文台的超長基線陣列進行，這是一套遍布美國各地的射電望遠鏡網絡，能透過合成技術達到極高解析度，觀測尺度可縮小至星系核心不到一光年的範圍。
2024年2月、4月與5月的數據顯示，在黑洞兩側出現結構清晰的等離子體噴流，總延伸距離約半光年，這些噴流以接近光速三分之一的速度向外噴發。值得注意的是，早期的2023年影像中並未清楚顯示噴流結構，推測可能當時被高溫氣體遮蔽，直到後續才逐漸顯現。
黑洞邊緣出現快速X射線波動
研究團隊進一步分析XMM-牛頓衛星的數據時，發現黑洞在2022年7月至2024年3月期間出現極為快速的X射線變化。觀測顯示，亮度每隔幾分鐘就出現約10%的規律波動。這種現象被稱為「毫赫茲準週期振盪」，在超大質量黑洞系統中相當罕見，目前僅在少數天體中被觀測到。
最初振盪週期約18分鐘，隨著時間推移逐漸縮短至7分鐘。若這種變化源自一個繞黑洞運行的天體，則其軌道可能逐因重力波能量損失而漸靠近黑洞。理論上，當物體接近黑洞事件視界時，軌道週期會縮短，速度也會增加。然而觀測顯示，當週期縮短到7分鐘後，變化趨於穩定，並未繼續加速。
可能的伴星
為了解釋這種穩定現象，研究團隊提出一種模型，黑洞附近可能存在一顆低質量白矮星。白矮星是一種恆星演化後的殘骸，體積接近地球大小。若它圍繞黑洞運行，黑洞強大的引力會逐漸剝離它的外層物質，同時質量流失也可能抵消重力波帶走的能量，使軌道暫時保持平衡。
團隊指出，如果這一假設成立，未來歐洲太空總署與NASA合作的雷射干涉太空天線（LISA）任務有望透過探測重力波來驗證這一模型。相關研究論文發表於《自然》期刊，另一篇探討射電觀測結果的論文已被《天體物理學雜誌快報》接受發表。