一个星系中心的沉睡巨人已经苏醒：一个通常处于休眠状态的怪物黑洞被发现正在撕碎一颗冒险过于靠近宇宙巨兽的恒星。
科学家们通过研究围绕巨大黑洞旋转的物质盘中反弹的X射线发现了这起恒星屠杀事件。这项用来分析该事件（名为Swift J1644+57）的方法，可能有助于解开宇宙中最大的黑洞是如何增长到如此巨大尺寸的谜团，这项新研究的作者表示。
几乎每个星系的中心都潜伏着一个怪物黑洞，在某些情况下，它们是宇宙中最大的黑洞，质量是太阳的数百万到数十亿倍。天文学家认为，这些超大质量黑洞释放出的巨大能量可以影响它们所居住的星系的演化。[宇宙中最奇特的黑洞]
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尽管没有任何东西能在落入黑洞内部后逃脱，即使是光也不例外，但黑洞周围的物质仍然有可能辐射出天文学家可以看到的光。在所谓的吸积盘内，即黑洞周围旋转的气体和尘埃的广阔区域内，剧烈的运动会产生明亮的光芒，以及以接近光速的速度从黑洞射出的物质喷流。
天文学家对超大质量黑洞的大部分了解来自于对正在积极吞噬或吸积物质的黑洞的研究。然而，这些活跃的巨头只占超大质量黑洞的10%或更少，这篇新论文的作者告诉Space.com。相比之下，大约90%的已知超大质量黑洞处于休眠状态，这意味着它们不活跃地消耗物质，因此不会发出任何可检测到的辐射。
然而，有时一颗恒星会漂移得离休眠黑洞太近，恒星随之而来的毁灭（称为潮汐破坏事件）会引发壮观的烟火。这些灾难可以为天文学家提供关于这个庞大的神秘超大质量黑洞种群的信息。
来自休眠黑洞的任何细节对天文学家来说都是有潜在价值的，有助于他们了解所有类型的黑洞活动。科学家们特别想了解活跃和休眠的超大质量黑洞的自旋速率。这是因为科学家们对黑洞如何增大尺寸有不同的理论，而这些不同的观点预测了黑洞的不同自旋，该研究的主要作者，马里兰大学帕克分校的天体物理学家艾琳·卡拉告诉Space.com。
卡拉说：“例如，如果黑洞主要通过吸积盘吸积物质而增长，那么我们预计黑洞会随着时间的推移而加速自旋，那么宇宙中的大多数黑洞都应该具有最大的自旋。“相比之下，如果黑洞仅通过较小黑洞合并成较大黑洞而增长，那么我们应该预期黑洞的自旋分布会更加随机。”
先前对活跃黑洞的光的研究表明，许多天体都在快速旋转。天文学家现在想要测量通常处于休眠状态的黑洞的旋转速度；这将有助于研究人员更全面地了解黑洞的自旋，卡拉说。
对于这项新研究，卡拉和她的同事们检查了一个被抓到正在吞噬一颗靠得太近的恒星的黑洞（这是第一个这样的发现），使用的是来自美国宇航局公开档案中的旧高能X射线数据。Swift J1644+57首次于2011年被发现，它发生在距离地球约39亿光年的方向，位于天龙座。
卡拉在马里兰大学的一份声明中说：“大多数潮汐破坏事件在高能X射线波段并没有发出太多光。但至少有三个已知事件发出了光，而且这是第一个也是唯一一个在其峰值被捕获的此类事件。”美国宇航局的雨燕卫星首先发现了它，并触发了欧洲航天局的XMM-牛顿卫星以及日本宇宙航空研究开发机构和美国宇航局的朱雀卫星进行后续跟踪。因此，我们拥有出色的数据。我们很幸运，我们拥有的这一事件正在向我们展示所有这些令人兴奋的新事物。”
研究人员使用了一种名为X射线混响映射的新技术来绘制黑洞吸积盘的内部结构。这种方法类似于海豚和蝙蝠通过发射超声波并测量回声返回所需的时间来绘制周围环境的方式。在X射线混响中，天文学家调查了吸积盘内发射的X射线在吸积盘中铁原子反射后到达时间上的微小延迟。
卡拉在声明中说：“例如，我们知道声音在一个大型礼堂中的回响方式。因为我们知道声速，所以我们可以使用时间延迟信息来计算礼堂的形状。”“我们正在使用X射线辐射来绘制内部吸积盘做同样的事情。这是一个很酷的新技术，在过去六年内才开发出来。”
这种新型分析表明，该黑洞的质量是太阳的数百万倍。“对我来说最令人惊讶的是它竟然奏效了，”卡拉说。“X射线混响映射并不是为研究潮汐破坏事件而开发的，但我们有想法尝试一下，现在看来它似乎是了解潮汐破坏事件的一种有前途的方法。”
此外，科学家们出乎意料地发现，X射线似乎来自吸积盘的深处，非常靠近黑洞，卡拉说。天文学家的传统观点长期以来认为，在潮汐破坏事件期间，高能X射线是在距离黑洞更远的相对论喷流中产生的——相对论喷流是近乎以光速的速度从黑洞喷射出的强大粒子爆发。
此外，研究人员发现，黑洞吞噬恒星的速度比一个被称为爱丁顿极限的理论最大值高出100倍。这是物质冲向黑洞所释放的能量应该抑制黑洞吞噬物质的量的那一点。
越来越多的研究表明，黑洞可以克服爱丁顿极限，从而实现所谓的超爱丁顿增长率。“就Swift J1644+57而言，我们认为它可以超过爱丁顿极限，因为大部分辐射优先地向一个方向漏斗出去，”卡拉说。“与此同时，物质以非常快的速度向内吸积，不受强辐射力的阻碍。”
到目前为止，卡拉和她的同事实际上还没有能够使用X射线混响映射来测量休眠黑洞的自旋。不过，他们表示，该方法可以在不久的将来直接测量休眠黑洞自旋的速度和方向。
这项研究的合著者，同样来自马里兰大学帕克分校的克里斯·雷诺兹在声明中说：“同样重要的是，我们可以在事件发生后跟踪观察，观察吸积盘如何减速旋转，以及当黑洞恢复到静止状态时能量如何消散。”“我们或许最终能够观察到所有这些不同的状态，到目前为止，我们只能从理论教科书中了解这些状态。”
未来，研究人员希望尝试对其他潮汐破坏事件进行X射线混响映射。“我们只需要等待它们发生，”卡拉说。“自2011年以来，我们一直在等待另一个像Swift J1644+57这样的事件。”
科学家们在6月22日发表在《自然》杂志上的在线详细介绍了他们的发现。
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