"耀斑"与"回声"：揭开银河系核心怪兽黑洞的神秘面纱

密歇根州立大学研究员格蕾丝-桑格-约翰逊（Grace Sanger-Johnson）通过筛选十年来的 X 射线数据，从银河系中央超大质量黑洞人马座 A* 发现了九个以前未被发现的 X 射线耀斑。这张十多年前公布的 NASA 图像显示了一个 X 射线耀斑的例子。图片来源：NASA/JPL-Caltech

MSU荣誉学院的本科生研究员杰克-尤特格（Jack Uteg）分析了来自黑洞附近分子云的X射线回波，从而窥探到人马座A*过去200多年的历史。

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发现。他们的发现基于美国国家航空航天局（NASA）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次会议上公布。

由于黑洞具有强大的引力场，连光都无法逃脱，因此研究黑洞面临着独特的挑战。为了了解这些神秘的天体，科学家们通常会研究它们的引力对附近恒星的影响以及邻近气体云的辐射等指标。 NASA NuSTAR天体学家的概念图

NuSTAR轨道上的艺术家概念图。资料来源：NASA/JPL-加州理工学院黑洞研究创新项目

格蕾丝-桑格-约翰逊（Grace Sanger-Johnson）和杰克-尤特格（Jack Uteg）在物理与天文系助理教授张硕（Shuo Zhang）的领导下，利用天基望远镜数十年的X射线数据，找到了更多揭示这些宇宙谜团的创新方法。

格蕾丝和杰克的贡献令人无比自豪，"张说。"他们的工作充分体现了密苏里大学对开拓性研究和培养下一代天文学家的承诺。这项研究是MSU科学家如何揭开宇宙秘密的最好例证，使我们更接近于理解黑洞的本质和银河系中心的动态环境。"

约翰逊分析了10年来的数据，寻找银河系中心黑洞人马座A*（Sgr A*）的X射线耀斑，在此过程中，她发现了九个未被注意到的耀斑。

这些耀斑是高能量光的剧烈爆发，为研究黑洞周围的环境提供了一个独特的机会，由于黑洞的引力惊人，人们通常看不到黑洞周围的环境。

Sgr A*是距离地球最近、活动最少的超大质量黑洞，因此，来自Sgr A*及其耀斑的数据是目前已知的研究黑洞物理环境的方法之一。

张说："我们正坐在前排观察银河系中心这些独特的宇宙焰火。耀斑和焰火都能照亮黑暗，帮助我们观测到平时无法观测到的东西。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-约翰逊精心筛选了NuSTAR（核光谱望远镜阵列）从2015年到2024年收集的十年X射线数据，NuSTAR是NASA的天基X射线望远镜之一。研究小组说，新发现的九个耀斑都为了解黑洞的环境和活动提供了宝贵的数据："我们希望通过建立这个有关Sgr A*耀斑的数据银行，我们和其他天文学家能够分析这些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。"

而MSU荣誉学院的本科生研究员Uteg则用一种类似于聆听回声的技术研究了黑洞的活动。Uteg分析了近20年的数据，目标是Sgr A*附近被称为"桥"的巨型分子云。

Uteg说："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。因此，当 X 射线望远镜开始捕捉到来自"桥"的光子时，天文学家开始假设其来源。我们看到的亮度很可能是 Sgr A* 过去 X 射线爆发的延迟反射。我们在 2008 年左右首次观测到亮度的增加。然后，在接下来的12年里，"桥"发出的X射线信号持续增加，直到2020年达到峰值亮度。"

这种来自黑洞的"回波"光从Sgr A*到分子云经过了数百年的时间，然后又经过了大约2.6万年的时间才到达地球。

通过分析这种X射线回波，Uteg开始重建黑洞过去活动的时间轴，提供了仅靠直接观测无法获得的洞察力，分析过程使用了来自NuSTAR以及欧洲航天局X射线多镜（XMM）牛顿空间观测站的数据。

Uteg说："我们关注这个云团变亮的一个主要原因是，它能让我们确定过去Sgr A*爆发的亮度。"

在这些计算中，Uteg 和 MSU 的团队确定，大约 200 年前，Sgr A* 在 X 射线中的亮度大约是我们今天看到的它的 5 个数量级。

张说："这是我们第一次为我们的超大质量黑洞周围的分子云构建了一个长达24年的可变性，这个分子云已经达到了它的X射线光度峰值。它使我们能够了解到 Sgr A* 在大约 200 年前的活动情况。我们在MSU的研究团队将继续这种'天体考古游戏'，进一步揭开银河系中心的神秘面纱。"

虽然引发X射线耀斑的确切机制和黑洞的精确生命周期仍然是个谜，但MSU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天体的认识。

Uteg和Sanger-Johnson得到了NASA NuSTAR客座观测计划的支持。

编译自/scitechdaily