動科普 | 黑洞的“美妙心跳”你聽到了嗎？_風聞

十幾年前，天文學家們首次觀測到了來自一個超大質量黑洞的X射線準週期震盪信號；十幾年後，當天文學家們再次有機會觀測這個黑洞時，驚喜地發現這個信號仍在持續！

黑洞的“美妙心跳”是怎樣的聲音？點開視頻一起來聆聽↓

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這個特殊的黑洞名為REJ1034+396,是一個距離地球6億光年，具有2百萬個太陽質量的超大質量黑洞。

2007年，天文學家們首次發現這個黑洞的X射線輻射裏存在一個一小時左右的週期性震盪信號。

2011年後，由於該黑洞的視線方向離太陽太近，導致衞星無法持續觀測，天文學家們不得不停止對其心跳信號的監測。

直到2018年，天文學家們使用XMM-牛頓衞星、“核光譜望遠鏡陣列(NuSTAR)”衞星和“雨燕(Swift)”衞星重啓了對這個黑洞的聯合觀測。結果表明，RE J1034+396的X射線震盪信號仍然存在，並且比10年前更強！

這是目前觀測到的持續時間最長的超大質量黑洞的心跳信號，首次證明了來自超大質量黑洞的這類週期性信號可以長期保持穩定。科學家們猜測它源自黑洞視界附近高温物質的週期性結構變化過程。

目前已知的一個能夠產生類似心跳信號的黑洞，是一個位於銀河系旋臂內，被稱為GRS 1915+105的小黑洞。不過，它的質量僅為12個太陽質量，正快速地從其旁邊的一顆恆星吸收物質，並以67赫茲左右的“心率”產生X射線心跳信號。對比研究發現，儘管有數十萬倍質量和大小的差別，兩個黑洞卻能在一些特殊行為上表現高度相似。

實際上，宇宙中存在大量具有幾十萬至上百億個太陽質量的黑洞，漂浮在星際空間中的物質會被黑洞引力所俘獲。在逐漸落入黑洞的過程中，會形成一個圓盤狀的結構，並在黑洞周圍很小的空間裏釋放大量的能量，產生很強的X射線輻射。這種X射線輻射的週期性重複信號,攜帶了關於黑洞視界附近的物質尺度和結構的關鍵信息，具有極高的研究價值，卻極少被發現。

也因此，REJ1034+396為天文學家們提供了深入研究該心跳信號的物理機制和起源的重要線索和絕佳機會。這個黑洞也可以成為我國下一代X射線天文衞星的重要觀測目標之一。

本文及科普視頻基於最新科學研究進展製作，論文：

Jin C., Done C., Ward M., 2020, MNRAS, 495, 3538

作者簡介

金馳川，國家天文台高能天體物理組研究員，“愛因斯坦探針”衞星科學應用系統副總師。研究領域為超大質量黑洞的多波段輻射、星際塵埃散射、高能暫現源的觀測研究。曾數十次擔任各類空間科學衞星的觀測項目PI。