黑洞吞噬恆星時會改變進餐氛圍

作者 | 發布日期 2020 年 02 月 16 日 0:00 | 分類 天文 , 自然科學 Telegram share ! follow us in feedly


宇宙幾乎所有星系中心都有超大質量黑洞。這些黑洞都是有耐心的捕食者,等待恆星不經意經過地盤時,用無敵重力場將它們扯碎吞噬。天文學家有時候能在可見光波段看到捕食過程,有時則在 X 射線波段看到,但幾乎不會同時觀測到這兩種輻射,這代表黑洞是用兩種方式吞噬恆星嗎?

▲ 恆星被黑洞捕捉扯碎形成長長物質流,長到頭部已繞黑洞一圈後與後方尾部物質相撞的程度。(Source:NASA

荷蘭太空研究所(Netherlands Institute for Space Research,SRON)暨奈梅亨拉德堡德大學(Radboud University)天文學家 Peter Jonker 等研究者,透過錢卓 X 射線觀測衛星(Chandra)觀測一些 X 射線源,而這些 X 射線源多年前都已在可見光波段偵測並辨識過。研究結果顯示:這些 X 射線源顯然都是正被黑洞吞噬的恆星,而吞噬過程似乎會先發出可見光,而後才發出 X 射線。

所以黑洞的進食習性相當固定,亦即:不管被吞噬的恆星狀況如何,黑洞似乎都以同樣方式進食,而後根據固定模式改變進餐氛圍,從溫和的白光變成蒼白而明亮的 X 射線。Jonker 等人希望這項假設能透過即將安裝的新設施來觀測證實,例如即將發射的 eROSITA X 射線衛星,或是如即將安裝在智利的 BlackGEM 的可見光望遠鏡等。

恆星被黑洞吞噬時會逐漸被扯碎,隨著快速環繞黑洞的過程形成一道愈拉愈長的物質流,長到甚至能繞黑洞一圈,頭部追上後方尾部的景象,就像貪食蛇遊戲。頭尾相撞的物質碰撞將導致物質流與黑洞的距離減少,逐漸落向黑洞。Jonker 等人提出 2 個可能的假設,解釋可見光和 X 射線會依次釋出的理論。

第一個假設是可見光輻射是物質流首尾碰撞期間釋出的能量造成,X 射線則是隨後物質落往黑洞時發出。恆星扯碎後的氣體物質會以黑體輻射(black body)方式發光,波譜峰質落在軟 X 射線波段。

第二種假設認為物質流首尾碰撞會發出 X 射線,但周邊有稠密星雲吸收這些 X 射線後,再以可見光波段輻射出來。當恆星物質逐漸消散到一定程度,這稠密星雲也稀薄到能允許 X 射線輻射通過的程度,此時物質的勢能(potential energy)也隨之損失。

無論哪個觀點,Jonker 等人的理論都意味著黑洞自旋和被吞噬的恆星發出的 X 射線量有關。他們認為現今對黑洞的自轉狀況雖仍未知,不過如果未來 eROSITA 能每年觀測到幾百道物質流,就能確認黑洞有自轉;如果每年僅能偵測到少數幾道物質流,那麼黑洞就幾乎是靜止狀態。

(本文由 台北天文館 授權轉載;首圖來源:pixabay