黑洞深处的旋律 几分钟一次的宇宙心跳声(图)
1ES 1927+654的黑洞旁，或许存在一个出乎意料的天体。（图片来源：Danicha/stock.adobe.com）
天文学家透过多项太空与地面观测设备，对一个距离地球约2.7亿光年的活跃星系核心进行长期监测，结果在中心的黑洞周围发现前所未见的现象。
据NASA报导，这项研究由多国团队利用多个任务与望远镜数据完成，并在美国天文学会会议上发表相关成果，观测对象为星系1ES 1927+654，位于天龙座，其中心是一个质量约140万个太阳质量的超大质量黑洞。
2018年的剧烈爆发改变了一切
2018年，这个星系的核心突然在可见光、紫外线与X射线波段出现强烈爆发。自那之后，多个研究团队持续追踪其变化，试图理解黑洞活动如何演化。在爆发过后，黑洞曾短暂恢复平静，在一年内活动显著下降。不过到了2023年，情况再次改变，X射线观测数据显示这一黑洞重新活跃。
研究人员透过多项任务进行监测，包括尼尔‧格雷尔斯‧史威夫特天文台、核光谱望远镜阵列“新星”，以及欧洲太空总署的XMM-牛顿卫星，这些X射线观测为研究团队提供连续的高能辐射变化数据。
高解析射电影像捕捉到喷流
当X射线再次增强后，研究人员随即进行射电观测，结果发现一次罕见且强烈的射电耀斑正在发生。
后续观测主要透过美国国家射电天文台的超长基线阵列进行，这是一套遍布美国各地的射电望远镜网络，能透过合成技术达到极高分辨率，观测尺度可缩小至星系核心不到一光年的范围。
2024年2月、4月与5月的数据显示，在黑洞两侧出现结构清晰的等离子体喷流，总延伸距离约半光年，这些喷流以接近光速三分之一的速度向外喷发。值得注意的是，早期的2023年影像中并未清楚显示喷流结构，推测可能当时被高温气体遮蔽，直到后续才逐渐显现。
黑洞边缘出现快速X射线波动
研究团队进一步分析XMM-牛顿卫星的数据时，发现黑洞在2022年7月至2024年3月期间出现极为快速的X射线变化。观测显示，亮度每隔几分钟就出现约10%的规律波动。这种现象被称为“毫赫兹准周期振荡”，在超大质量黑洞系统中相当罕见，目前仅在少数天体中被观测到。
最初振荡周期约18分钟，随着时间推移逐渐缩短至7分钟。若这种变化源自一个绕黑洞运行的天体，则其轨道可能逐因重力波能量损失而渐靠近黑洞。理论上，当物体接近黑洞事件视界时，轨道周期会缩短，速度也会增加。然而观测显示，当周期缩短到7分钟后，变化趋于稳定，并未继续加速。
可能的伴星
为了解释这种稳定现象，研究团队提出一种模型，黑洞附近可能存在一颗低质量白矮星。白矮星是一种恒星演化后的残骸，体积接近地球大小。若它围绕黑洞运行，黑洞强大的引力会逐渐剥离它的外层物质，同时质量流失也可能抵消重力波带走的能量，使轨道暂时保持平衡。
团队指出，如果这一假设成立，未来欧洲太空总署与NASA合作的雷射干涉太空天线（LISA）任务有望透过探测重力波来验证这一模型。相关研究论文发表于《自然》期刊，另一篇探讨射电观测结果的论文已被《天体物理学杂志快报》接受发表。