由美國斯坦福大學丹·威爾金斯( Dan Wilkins)領導的國際團隊首次觀測到源自黑洞后面的 X 射線耀斑。波長偏移的 X 射線閃光被認為起源于與黑洞內部吸積盤相撞的光子,然后被黑洞巨大的引力重新導向地球。通過更詳細地觀察這種效應,天文學家可以獲得對黑洞周圍環境的重要見解。
就在物質穿過黑洞不可避免的事件視界之前,理論預測它會過熱到數百萬度,在黑洞周圍形成旋轉的等離子體日冕。與此同時,黑洞的磁場隨著等離子體的旋轉不斷扭曲、斷裂和重組。這種磁性活動將大量能量傳遞給等離子電子,從而產生強烈的、特征性的 X 射線閃光。
雖然這些事件已被廣泛觀察到,但威爾金斯最近的計算表明,我們還應該看到更小、延遲的 X 射線閃光。從我們的角度來看,這些 X 射線在黑洞后面發射——但隨后在其軌道吸積盤的內表面產生回響。由于愛因斯坦的廣義相對論,這些回聲應該在黑洞周圍彎曲,并被其強烈的引力場放大。
調光器閃爍
此外,吸積盤的軌道運動意味著 X 射線光子波長將發生不同程度的偏移,這取決于它們在吸積盤內的回響位置。因此,這些較暗的閃光燈可以讓我們瞥見完全看不見的環境。
在他們的研究中,威爾金斯的團隊使用 NASA 的NuSTAR望遠鏡和 ESA 的XMM-Newton儀器對 I Zwicky 1 中心的超大質量黑洞進行了 X 射線觀測——一個距離我們大約 5900 萬光年的星系。正如威爾金斯所預測的那樣,兩臺望遠鏡都清楚地探測到了能量轉移的 X 射線閃光,這些閃光跟隨更亮的更大的耀斑——提供了關鍵證據,證明來自黑洞后面的 X 射線已經從其吸積盤上回響。
通過對這種效應的未來觀察,威爾金斯及其同事希望天文學家能夠更多地了解黑洞日冕中發生的物理過程——迄今為止,這些過程已被證明是出了名的難以研究。歐洲航天局的雅典娜X 射線天文臺計劃于 2031 年發射,為這些測量提供了理想的機會。該儀器的反射鏡比現有的 X 射線望遠鏡大得多,將首次實現對 X-射線的深入觀測。來自整個黑洞日冕的射線。
這項研究在《自然》中有所描述。