发布时间：2024-07-19 17:40:34 栏目：精选百科
密歇根州立大学的研究人员对银河系中心的超大质量黑洞有了突破性的发现。这些发现基于美国宇航局 NuSTAR X 射线望远镜的数据，于 6 月 11 日在美国天文学会 (AAS) 第 244 届会议上公布。
黑洞的研究难度非常大，部分原因是连光都无法逃脱其巨大的引力。研究人员通常通过观察黑洞对附近恒星的引力影响、周围气体云的辐射和其他类似现象来推断其特性。
在物理和天文学系助理教授张硕的带领下，Grace Sanger-Johnson 和 Jack Uteg利用数十年来来自太空望远镜的 X 射线数据，找到了创新方法，以进一步揭示这些宇宙之谜。
“格蕾丝和杰克的贡献让我们感到无比自豪，”张教授说道。“他们的工作体现了密歇根州立大学致力于开拓研究和培养下一代天文学家的决心。这项研究是密歇根州立大学科学家揭开宇宙秘密的典范，让我们更接近理解黑洞的本质和银河系中心的动态环境。”
银河烟花
桑格-约翰逊是一名本科毕业的研究员，她分析了 10 年的数据，寻找来自银河系中心黑洞人马座 A*(简称 Sgr A*)的 X 射线耀斑。在此过程中，她发现了 9 个之前未被注意到的耀斑。
这些耀斑是高能光的剧烈爆发，为研究黑洞周围的直接环境提供了独特的机会，该区域通常由于其巨大的引力而无法被发现。人马座 A* 是距离地球最近且最不活跃的超大质量黑洞，因此，人马座 A* 及其耀斑的数据是目前已知的研究黑洞物理环境的唯一方法之一。
桑格-约翰逊的导师张教授说道：“我们坐在前排，观察我们银河系中心的这些独特的宇宙烟花。”
“耀斑和烟花都能照亮黑暗，帮助我们观察通常无法观察到的事物。这就是为什么天文学家需要知道这些耀斑发生的时间和地点，这样他们就可以利用这些光来研究黑洞的环境。”
桑格-约翰逊仔细筛选了 NuSTAR(核光谱望远镜阵列，NASA 的太空 X 射线望远镜之一)从 2015 年到 2024 年收集的十年 X 射线数据。研究小组表示，新发现的九个耀斑中的每一个都为了解黑洞的环境和活动提供了宝贵的数据。
桑格-约翰逊说：“我们希望通过建立人马座 A* 耀斑数据库，我们和其他天文学家可以分析这些 X 射线耀斑的特性，并推断出超大质量黑洞极端环境内部的物理条件。”
黑洞的“回声”
当桑格-约翰逊专注于人马座 A* 的耀斑时，密歇根州立大学荣誉学院的本科研究员乌特格则使用一种类似于聆听回声的技术来研究黑洞的活动。乌特格分析了近 20 年的数据，目标是人马座 A* 附近的一个被称为“桥”的巨型分子云。
“与恒星不同，星际空间中的这些气体和尘埃云不会产生自己的 X 射线，”乌特格说。因此，当 X 射线望远镜开始接收到来自大桥的光子时，天文学家开始推测其来源。
“我们看到的亮度很可能是过去人马座 A* 爆发的 X 射线的延迟反射，”乌特格说。“我们第一次观察到亮度增加是在 2008 年左右。然后，在接下来的 12 年里，来自大桥的 X 射线信号持续增加，直到 2020 年达到峰值亮度。”
来自黑洞的“回声”光从人马座 A* 传播了数百年才到达分子云，然后又传播了大约 26,000 年才到达地球。
通过分析这一 X 射线回波，乌特格开始重建黑洞过去活动的时间表，提供了仅通过直接观察无法获得的见解。乌特格的分析使用了 NuSTAR 以及欧洲航天局的 X 射线多镜(XMM，牛顿太空天文台)的数据。
“我们关心这片云层是否会变得更亮的主要原因之一是，它让我们能够限制人马座 A* 爆发在过去的亮度，”乌特格说。
通过这些计算，乌特格和密歇根州立大学的团队确定，大约 200 年前，人马座 A* 的 X 射线亮度比我们今天看到的要高出约 5 个数量级。
“这是我们首次构建出围绕超大质量黑洞的分子云的 24 年变化，该分子云的 X 射线亮度已达到峰值，”张说。“这让我们能够了解 Sgr A* 大约 200 年前的活动情况。密歇根州立大学的研究团队将继续这场‘天文考古游戏’，进一步揭开银河系中心的奥秘。”
虽然触发 X 射线耀斑的确切机制和黑洞的精确生命周期仍是一个谜，但密歇根州立大学的研究人员相信他们的发现将引发进一步的研究，并有可能彻底改变我们对这些神秘物体的理解。
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