黑洞的“一頓午餐”暴露了它的巨大品質。
來自一位藝術家的黑洞概念圖，它被吸積盤環繞着。這個圓盤中的氣體被加熱到數百萬攝氏度并向外發出X射線輻射。（圖檔來源：美國宇航局/霍尼韋爾Max-O數字集團/達納·貝瑞）
劍橋大學的一個天文學家團隊，發現了一種現象：像是炙熱氣體在落入超大品質黑洞時的快速旋轉。這些第一次觀測到的畫面，顯示黑洞正在吞噬一個向内旋轉的圓盤中的物質，有助于弄清楚這些饑餓的“深淵巨喉”的品質。
這個巨大的黑洞位于NGC3516星系的中心，NGC3516星系距離北鬥七星約1億光年遠。被黑洞強大引力場吸入的物質，形成一個圓盤，并被加熱到極端高溫，使其在一個很寬頻率範圍内發光。
XMM-牛頓衛星觀察到圓盤X射線突然變強。劍橋大學的安德魯·法比安和他的同僚們，将此解釋為發生在黑洞附近的X射線耀斑。法比安說，X射線耀斑有點類似于太陽耀斑，但它釋放的能量強度是太陽耀斑的10萬億倍。耀斑發出的光，激發了其附近吸積盤中的鐵原子，使它們以特定的頻率發射出一束光子。
法比安說：“這就好像一個盤子，被塗上了一點點亮漆。”
鐵原子發出的光，随着時間的推移而變化，這意味着“被塗上亮漆”的氣體，正環繞着一個非常大的物體運轉。根據愛因斯坦廣義相對論的計算表明，這個物體——黑洞——的品質在1000萬到5000萬太陽品質之間。
這一研究成果，與黑洞品質的其他估算結果一緻，将發表在即将出版的《皇家天文學會月刊》上。
快速的四“年”
XMM-牛頓衛星觀測持續了大約一天時間，記錄到活躍氣體的四周次旋轉。暴露出來的旋轉半徑，與地球到太陽的距離相似，這促使法比安想象：如果自己處在旋轉氣體的邊沿，看起來會是怎樣？由于“一年”——即旋轉一周，隻需要七個小時，意味着這個圓盤在以光速十分之一的速度瘋狂旋轉。
如果真的處在旋轉氣體的邊沿，法比安及其他觀察者周圍的天空，都将被黑洞覆寫，因為黑洞的寬度是太陽的40到200倍。這一切到底看起來什麼樣子，是很難被了解的，因為巨大的引力會以奇怪的方式使光線彎曲。
“這将是一個及其壯觀的景象。”法比安說。
但這種驚歎很快就将結束。因為，法比安懷疑，在觀測僅幾天後，高亮的氣體部分，就墜入了無情的黑洞。消亡的确切時間，取決于圓盤組成物質的粘度，以及黑洞本身是否在旋轉。
圖形識别
耀斑是這些超大品質黑洞周圍常發生的現象。事實上，對NGC3516的觀測是在三年前完成的，但最近對它的分析揭示了耀斑的秘密。主研究者岩澤和史制作了一幅X射線圖，是從分析資料中繪出的一張鋸齒狀圖形。
“眼睛很善于辨識圖形，”法比安說。
研究人員注意到：受激發的鐵原子，其頻率發生了變化，他們将這種變化，歸因于氣體在旋轉過程中，有時向我們靠近和有時又遠離我們。這種頻移被稱為多普勒頻移，類似于“牛吼器”的音高變化。——“牛吼器”，是一種傳統樂器，手拿着線，在頭邊快速旋轉甩動而發聲。
除了多普勒頻移之外，還有一個整體的頻率偏移，因為光子從黑洞周圍的引力場中逃出時，會損失一些能量。
可能是偶然
雖然鋸齒形圖案，符合黑洞周圍氣體旋轉的理論推測預期，但僅通過四個旋轉周期，很難給出最終的定論。
“我認為我們很幸運。因為我們處于可下判斷的臨界點，”法比安說。
研究人員又再進行了模拟實驗，以确認他們看到的周期性變化，不是受到某些幹擾後的随機偶然現象。法比安說，他和他的同僚對這種現象的真實性表示樂觀，但有一些天文學家對此仍持保留态度。
“人們的反應，從‘哇，真的是這樣’到‘我對此不敢肯定’都有。”法比安說。
BY: Michael Schirber
FY: 椒椒
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