第一次發現物質以30%的光速墜入黑洞

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一個英國天文學家小組報告了第一次發現物質以30%的光速落入黑洞，該黑洞位於10光年遠的星系PG211+143中心。由萊斯特大學的肯·龐斯教授領導的研究小組，利用歐洲航天局x射線天文台xmm -牛頓的數據來觀察黑洞，研究結果發表在《皇家天文學會月刊》上。黑洞是一種引力場很強的天體，甚至光的傳播速度都不足以逃脫黑洞的控制，因此有了「黑色」的描述。黑洞在天文學中非常重要，因為黑洞提供了從物質中提取能量的最有效方法。

博科園-科學科普：直接的結果是，進入黑洞的氣體（吸積-）必須為宇宙中最有能量的現象提供動力。幾乎每個星的中心（就像我們的銀河系一樣）都有一個所謂的超大質量黑洞，其質量是太陽質量的數百萬至數十億倍。當足夠多的物質落入黑洞時，這些物質會變得非常明亮，被看作是類星體或活動星系核(AGN)。然而黑洞是如此緊密以至於氣體幾乎總是旋轉太多而不能直接落入黑洞。相反，它繞著黑洞旋轉，通過一個吸積盤逐漸靠近——這是一系列大小逐漸減小的圓形軌道。

當氣體向內螺旋運動時，它會變得越來越快，變得又熱又亮，將重力能量轉化為天文學家觀察到的輻射。黑洞周圍的氣體軌道通常被認為是與黑洞的旋轉方向一致，但這並沒有令人信服的理由。事實上，地球有夏天和冬天的原因是地球每天的自轉與它每年圍繞太陽的軌道不一致。到目前為止，還不清楚失調的旋轉會如何影響氣體的下落。由於物質(星際氣體雲，甚至是孤立的恆星)可以從任何方向下落，這與超大質量黑洞的供給特別相關。

模擬旋轉黑洞周圍未對準的圓盤的特徵圓盤結構。圖片：K. Pounds et al. / University of Leicester

研究人員利用來自xmm -牛頓的數據，觀察了來自PG211+143星系的x射線光譜(x射線通過波長分散)。這個天體位於比雷尼特斯彗發方向10多億光年之外，是一個塞弗特星系，其特徵是一個非常明亮的活動星系核(AGN)，這是由於它的核中存在著巨大黑洞。研究人員發現，光譜被強烈地紅移，表明所觀察到物質正以光速的30%(約每秒10萬公里)的巨大速度墜入黑洞。這種氣體在黑洞周圍幾乎沒有旋轉，而且在距離黑洞20倍的距離(它的視界，不再可能逃逸區域的邊界)上被探測到的距離非常接近天文數字。

這一觀測結果與萊斯特大學最近的理論研究非常吻合。萊斯特大學也在使用英國的Dirac超級計算機模擬失調吸積盤的「撕裂」。這項研究表明，氣體環可以斷裂並相互碰撞，抵消了它們的旋轉，使氣體直接落向黑洞。來自萊斯特大學物理和天文系的龐斯教授說：用XMM-牛頓觀測到的星系有一個4000萬太陽質量的黑洞，它非常明亮，而且顯然吃得很飽。實際上大約15年前，我們探測到一股強勁的風，表明這個洞正在被過度餵食。

xmm -牛頓太空望遠鏡。圖片：ESA

雖然這樣的風現在許多活躍的星系中被發現，PG 1211+143現在已經產生了另一個『第一』，隨著物質的探測直接進入洞本身。跟蹤了一團地球大小的物質大約一天，它被拉向黑洞，加速到光速的三分之一，然後被黑洞吞噬。這項新研究的進一步暗示是，「混亂的吸積」可能在超大質量黑洞中很常見。這樣的黑洞會旋轉得相當慢，能夠接受更多的氣體，並以比通常認為的更快的速度增大質量，這就解釋了為什麼在早期宇宙中形成的黑洞質量會迅速增大。

博科園-科學科普｜參考期刊文獻 :《皇家天文學會月報》｜研究/來自：皇家天文學會，DOI: 10.1093/mnras/sty2359

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