由南安普頓大學(xué)領(lǐng)導(dǎo)的一個(gè)國(guó)際天文學(xué)家團(tuán)隊(duì)使用最先進(jìn)的相機(jī)，以前所未有的細(xì)節(jié)水平拍攝了一部關(guān)于不斷增長(zhǎng)黑洞系統(tǒng)的高幀率影像。在這個(gè)過程中，發(fā)現(xiàn)了理解這些神秘天體直接環(huán)境的新線索。

科學(xué)家們?cè)谟?guó)《皇家天文學(xué)會(huì)月刊》期刊上發(fā)表了其研究成果。黑洞可以吸食附近的恒星，并創(chuàng)造出巨大的物質(zhì)吸積盤。在這里，黑洞的強(qiáng)大引力和本身磁場(chǎng)的影響可以導(dǎo)致系統(tǒng)作為一個(gè)整體，發(fā)射出快速變化的輻射水平。

這種輻射是由Gran Telescopio Canarias(拉帕爾馬，加那利群島)上HIPERCAM儀器在可見光中檢測(cè)到的，并由美國(guó)宇航局國(guó)際空間站上的NICER天文臺(tái)在X射線中檢測(cè)到。所研究的黑洞系統(tǒng)被命名為MAXI J1820+070，并于2018年初首次被發(fā)現(xiàn)，它距離我們銀河系只有10000光年遠(yuǎn)，質(zhì)量大約相當(dāng)于7個(gè)太陽，塌陷到一個(gè)比倫敦金融城還小的空間區(qū)域。研究這些系統(tǒng)通常是非常困難的，因?yàn)榫嚯x遙遠(yuǎn)使它們看起來太模糊，太小，看不見。

甚至不能使用拍攝到M87星系中心黑洞照片的事件視界望遠(yuǎn)鏡。然而，HIPERCAM和更好的儀器可以讓研究人員以每秒三百多幀的速度，記錄系統(tǒng)中不斷變化的光的影像，捕捉可見光和X射線的劇烈“劈啪聲”和“閃光”。約翰·佩斯(John Paice)是南安普頓大學(xué)和印度州際大學(xué)天文學(xué)和天體物理學(xué)中心的研究生，他是這項(xiàng)研究的主要作者，也是這部電影的創(chuàng)作者。這部影像是用真實(shí)數(shù)據(jù)制作的，但速度減慢到實(shí)際速度的十分之一，以便人眼能夠分辨出最快的耀斑。

可以看到黑洞周圍的物質(zhì)是如此明亮，它比恒星更明亮，它正在消耗。而最快的閃爍只持續(xù)幾毫秒，高爆發(fā)的能量輻射，更多的是在眨眼之間就被發(fā)射出來了。研究人員還發(fā)現(xiàn)，X射線水平的下降伴隨著可見光的增加(反之亦然)。發(fā)現(xiàn)可見光中最快的閃光出現(xiàn)在X射線之后的幾分之一秒。這樣的模式間接地揭示了不同等離子體的存在，這是一種極熱的物質(zhì)，其中電子從原子中剝離，在黑洞引力的懷抱中的深層結(jié)構(gòu)中，否則太小而無法解決。

這并不是第一次發(fā)現(xiàn)這種現(xiàn)象，在其他兩個(gè)黑洞系統(tǒng)中已經(jīng)觀察到了X射線和可見光之間的瞬間差異，但從未在這種細(xì)節(jié)水平上觀察到這種差異。這個(gè)國(guó)際小組的成員在過去十年中一直走在這一領(lǐng)域前列。同樣來自南安普敦的Poshak Gandhi博士在前兩個(gè)系統(tǒng)中也發(fā)現(xiàn)了同樣短暫的時(shí)間特征。Gandhi博士評(píng)論了這些發(fā)現(xiàn)的重要性：我們現(xiàn)在三個(gè)系統(tǒng)中看到這種現(xiàn)象的事實(shí)加強(qiáng)了這樣一種觀點(diǎn)，即它是這種不斷演化黑洞的統(tǒng)一特征。

如果是真的，這肯定告訴我們一些關(guān)于圍繞黑洞的等離子體如何運(yùn)作的基本信息。最好的想法喚起了鼓舞人心的等離子體和流出等離子體之間的深層聯(lián)系。但這些是我們不能在地球?qū)嶒?yàn)室復(fù)制的極端物理?xiàng)l件，不知道大自然是如何處理這種情況，這些數(shù)據(jù)對(duì)于正確的理論的歸宿將至關(guān)重要。

博科園｜研究/來自：南安普敦大學(xué)

參考期刊《皇家天文學(xué)會(huì)月刊》

DOI: 10.1093/mnrasl/slz148

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