宇宙几乎所有星系中心都有超大质量黑洞。这些黑洞都是有耐心的捕食者,等待恒星不经意经过地盘时,用无敌重力场将它们扯碎吞噬。天文学家有时候能在可见光波段看到捕食过程,有时则在X射线波段看到,但几乎不会同时观测到这两种辐射,这代表黑洞是用两种方式吞噬恒星吗?
恒星被黑洞捕捉扯碎形增长长物质流,长到头部已绕黑洞一圈后与后方尾部物质相撞的程度。(Source:NASA)
荷兰太空研究所(Netherlands Institute for Space Research,SRON)暨奈梅亨拉德堡德大学(Radboud University)天文学家Peter Jonker等研究者,通过钱德拉X射线观测卫星(Chandra)观测一些X射线源,而这些X射线源多年前都已在可见光波段侦测并识别过。研究结果显示:这些X射线源显然都是正被黑洞吞噬的恒星,而吞噬过程似乎会先发出可见光,而后才发出X射线。
所以黑洞的进食习性相当固定,也即:不管被吞噬的恒星状况如何,黑洞似乎都以同样方式进食,而后根据固定模式改变进餐氛围,从温和的白光变成苍白而明亮的X射线。Jonker等人希望这项假设能通过即将安装的新设施来观测证实,例如即将发射的eROSITA X射线卫星,或是如即将安装在智利的BlackGEM的可见光望远镜等。
恒星被黑洞吞噬时会逐渐被扯碎,随着快速环绕黑洞的过程形成一道愈拉愈长的物质流,长到甚至能绕黑洞一圈,头部追上后方尾部的景象,就像贪吃蛇游戏。头尾相撞的物质碰撞将导致物质流与黑洞的距离减少,逐渐落向黑洞。Jonker等人提出2个可能的假设,解释可见光和X射线会依次发布的理论。
第一个假设是可见光辐射是物质流首尾碰撞期间发布的能量造成,X射线则是随后物质落往黑洞时发出。恒星扯碎后的气体物质会以黑体辐射(black body)方式发光,波谱峰质落在软X射线波段。
第二种假设认为物质流首尾碰撞会发出X射线,但周边有稠密星云吸收这些X射线后,再以可见光波段辐射出来。当恒星物质逐渐消散到一定程度,这稠密星云也稀薄到能允许X射线辐射通过的程度,此时物质的势能(potential energy)也随之损失。
无论哪个观点,Jonker等人的理论都意味着黑洞自旋和被吞噬的恒星发出的X射线量有关。他们认为现今对黑洞的自转状况虽仍未知,不过如果未来eROSITA能每年观测到几百道物质流,就能确认黑洞有自转;如果每年仅能侦测到少数几道物质流,那么黑洞就几乎是静止状态。