黑洞新現象,科學家發現黑洞與它自己的吸積盤錯位

黑洞 宇宙 力學 人造衛星 地球 趣味說 2019-07-13
黑洞新現象,科學家發現黑洞與它自己的吸積盤錯位

黑洞,那些坐落在已知和未知的懸崖上的具有誘惑力的奇點,不斷地用它們怪異的行為讓我們吃驚。就像事件視界望遠鏡這樣的組織已經表明的那樣,我們對這些黑洞有很多不瞭解的地方,而且更糟糕的是,我們甚至不知道我們不知道多少。

現在,科學家們觀察到了一種新的現象,它增加了黑洞的神祕感:一個快速旋轉的黑洞噴射出大量的等離子體。

這個黑洞是一個叫做天鵝座V404的雙星對的一部分。黑洞正在吞噬它的伴星,把它的質量吸進吸積盤,然後通過兩個噴口噴射出物質。這對於黑洞來說並不罕見,儘管並非所有黑洞都有噴射。但不尋常的是噴射物噴射的時間。這種物質不是源源不斷地流出,而是成團散出。

天鵝座V404距地球約8000光年。它第一次被發現是在1989年,當時它釋放出一次巨大的高能物質和輻射的爆發。然後它休眠了26年。

然後,在2015年,它再次燃燒起來,歐洲航天局(ESA)的國際伽馬射線天體物理實驗室(INTEGRAL )衛星能夠在高能伽馬射線中研究它。它成了天空中伽馬射線中最亮的物體。當時,綜合項目科學家埃裡克·庫爾克斯(Erik Kuulkers)說:“這種光源的行為在目前是非同尋常的,在時間尺度上,光的重複閃爍時間少於一小時,這在其他黑洞系統中是罕見的。”

發生了什麼事?

看看像這樣的黑洞通常是如何工作的是很有用的。黑洞的巨大引力將物質從伴星吸引到吸積盤中。吸積盤旋轉,加熱材料並使其“發光”。有些物質從未到達黑洞,而是通過噴流發射出來的。

黑洞新現象,科學家發現黑洞與它自己的吸積盤錯位

一個恆星質量黑洞從它的伴星吸食物質想象圖。在吸積盤中的旋轉作用使材料受熱。其中一些物質被兩個噴流排出。有些黑洞噴出大量物質,有些則不會。

快進到現在,一項基於多個天文臺在2015年爆發期間收集的數據的新研究提供了一個解釋。

該論文的合著者、歐空局天體物理學家西蒙尼·米利亞里(Simone Migliari)表示:“在爆發期間,我們觀察到了物質從黑洞附近高速噴射時噴出的細節。我們可以看到噴流在不到一個小時的時間尺度上向不同的方向噴射,這意味著系統內部的區域旋轉得相當快。”

是的,黑洞正在吞噬它的伴星,把物質吸進吸積盤中。圓盤中的一些物質被噴出。但是,根據研究,這隻發生在爆發中,因為出於某種原因,黑洞與它自己的吸積盤錯位了。

黑洞新現象,科學家發現黑洞與它自己的吸積盤錯位

由於某種原因,天鵝座V404中的黑洞與它的吸積盤不對齊

澳大利亞柯廷大學國際射電天文學研究中心(ICRAR)的副教授詹姆斯·米勒·瓊斯(James Miller-Jones)表示:“天鵝座V404的不同之處在於,我們認為物質的吸積盤和黑洞是不對齊的。”

這似乎導致吸積盤內部擺動,就像旋轉的頂部在減速,並在改變方向時向不同的方向發出噴流。

晃動意味著物質不會以均勻的速度落入黑洞。當發生爆炸時,意味著在短時間內有大量的物質掉進了洞中。這就增加了吸積盤中物質的數量,導致了能量的爆發。

黑洞新現象,科學家發現黑洞與它自己的吸積盤錯位

天鵝座V404的黑洞和內部吸積盤與外部吸積盤及其雙星不對齊,導致噴流噴出的是物質團,而不是穩定的物質流噴流。

國際伽馬射線天體物理實驗室是這項研究的組成部分,因為它觀察了天鵝座V404四周。其他觀測站只能觀察幾個小時。國際伽馬射線天體物理實驗室的觀察使科學家們能夠弄清楚黑洞的力學原理、幾何形狀和能級,並將流入的物質與流出的物質聯繫起來。

西蒙尼解釋說:“X射線數據支持這樣一個模型,吸積盤的內部相對於系統的其他部分是傾斜的,很可能是由於黑洞的自轉相對於伴星的軌道傾斜。”

問題仍然是,為什麼它是不對齊的?

對這種不對齊的原因只有一些初步的猜測。可能是超新星。

由於黑洞本身是由超新星創造的,最初的撞擊可能導致黑洞和吸積盤的內部部分不對齊。不管怎麼說,這就是模擬顯示的。

庫爾克斯說:“這些結果符合最近的計算機模擬研究的一種情景,即黑洞附近的吸積流和射流可以一起旋轉。我們應該預料到,在任何自旋與注入氣體失調的強吸積黑洞中,都會有類似的動力學,在解釋宇宙中黑洞的觀測時,我們必須考慮到不同的射流傾斜角。”

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