发现围绕一个巨大黑洞“下沉”的“晃动热点”，为我们星系中心的庞然大物提供了令人兴奋的新证据——研究负责人分享了13年的观测如何最终获得了回报。
这项新研究由加拿大安大略省滑铁卢大学的天文学家艾弗里·布罗德里克参与，揭示了来自银河系中心黑洞（也称为人马座 A*）的三个耀斑或视觉热点。
该团队探测到来自耀斑的发射晃动，使科学家能够检测到吸积盘——一个不断增长的围绕黑洞本身的轨道气体和碎片质量。布罗德里克告诉 Space.com，反过来，研究人员能够使用这些排放物来绘制人马座 A* 的行为。[图片：宇宙的黑洞]
关于支持科学新闻
如果您喜欢这篇文章，请考虑通过以下方式支持我们屡获殊荣的新闻 订阅。通过购买订阅，您正在帮助确保有关塑造我们今天世界的发现和想法的具有影响力的故事的未来。
布罗德里克的黑洞理论建立在两个团队早期研究银河系近红外中心的研究基础上。这包括德国加兴马克斯·普朗克地外物理研究所的天文学家赖因哈德·根泽尔，以及加州大学洛杉矶分校的研究人员安德里亚·盖兹和马克·莫里斯的工作。布罗德里克说，当时，他们的研究表明，银河系的中心并不稳定，而是大约每天都会突然变亮约30或40分钟。
研究人员认为，超大质量黑洞存在于大多数（如果不是全部）大型星系的中心。因此，2005 年，在哈佛-史密森尼天体物理中心与研究员艾维·勒布一起工作时，布罗德里克认为，在银河系中心观察到的周期性变亮，也被称为明亮的红外耀斑，是像黑洞这样的巨大物体造成的。
这个理论得到了一个非常明亮、密集的恒星群的证据的进一步支持，这个恒星群被称为核星团，它围绕着银河系的中心区域。此外，红外观测表明，星系最中心的恒星围绕着一个估计有400万个太阳质量大小的黑暗物体运行，这再次表明存在一个黑洞，布罗德里克说。
尽管如此，仍然没有足够的数据来证明黑洞确实存在于银河系的中心，布罗德里克补充说——直到现在。
突然的耀斑行为
布罗德里克的团队最近检测到的三个耀斑来自银河系的中心区域，是黑洞引力透镜的产物，布罗德里克说。
“黑洞就像灯塔的透镜。[存在]一个局部发射区域，但导致耀斑的并不是发射区域本身的突然变亮，”布罗德里克说。相反，黑洞的引力弯曲了来自发射的光，并将其放大以供我们观察。“这就是导致耀斑的原因——极端引力的表现。”
基于此，布罗德里克和勒布最初预测，由于围绕黑洞的轨道运动，嵌入在人马座 A* 周围的吸积盘中的物体会在其红外发射中表现出明显的晃动。研究人员在2005年的一篇论文以及2006年的一项后续研究中发表了他们的理论。然而，当时，该技术还无法检测到这种晃动，布罗德里克说。
这一切都随着2016年欧洲南方天文台甚大望远镜上GRAVITY仪器的发射而改变。GRAVITY仪器的精度和灵敏度帮助天文学家探测到来自围绕人马座 A* 旋转的吸积盘中三个耀斑的发射晃动。他们的发现于10月18日发表在《天文学与天体物理学》杂志上。
布罗德里克说，“虽然耀斑已经存在很长时间了……这里的关键发现是耀斑的特征性晃动，”这表明产生这些耀斑的物质正在围绕黑洞移动。
在人马座 A* 附近观察到的耀斑发生在靠近黑洞的磁场线断裂并重新连接时。这个过程也称为磁重联，释放出大量的能量和带电粒子，导致了明显的闪光。由于它们围绕黑洞的轨道运动，耀斑的红外发射表现出特征性的晃动。具体来说，当嵌入在吸积流中的其他发射物围绕星系中心移动时，光中心会移动或“晃动”，布罗德里克说。
在黑洞事件视界之外旋转的物质以大约三分之一的光速旋转。耀斑的轨道周期（完成一个轨道所需的时间）与晃动的时间相同，天文学家观测到每40到50分钟一次。短暂的时间尺度是黑洞引力强度的结果，表明物质正在极其靠近黑洞的轨道上运行，布罗德里克说。
布罗德里克说，“十三年前，我们的说法是这些耀斑与[银河系中心]的结构可变性有关，我们将能够使用这种结构可变性来说明广义相对论和强引力”。“令人兴奋的是，[这个说法]似乎是真的。”
证明存在黑洞
来自耀斑的发射晃动并不是唯一表明在银河系中心存在超大质量黑洞的迹象。毫无疑问，一个质量约为太阳400万倍的超大质量物体位于我们的银河系核心，但证明它是一个黑洞一直具有挑战性。
然而，银河系的中心也是一个由超过50万颗恒星组成的核星团的所在地。根据阿尔伯特·爱因斯坦的广义相对论，天文学家可以通过测量轨道恒星和气体的速度来估计潜伏在银河系中心的物体的质量。这进一步支持了400万个太阳质量的物体是一个超大质量黑洞的观点，布罗德里克说。
布罗德里克说，“我们所知的没有其他物体可以在如此紧凑的配置中维持所有这些质量而不发生坍缩”。“如果不是黑洞，那么它必须是非常奇特的，并且超出了我们今天所理解的范围。”
此外，观测表明物质确实从我们的银河系中心消失了。当这些物质被向内拉向中心时，它会被困在黑洞不断增长的吸积盘中。虽然吸积盘中的大多数物质都安全地绕着人马座 A* 旋转，但太接近的物质可能会被拉过事件视界，即超过这一点就无法逃脱黑洞引力的地方。布罗德里克说，研究人员可以看到物质流向事件视界产生的摩擦导致物质变亮。
布罗德里克说，“这变成了一种‘它去了哪里？’的论证”。“我们有这种物质，我们知道它正在向黑洞坠落，因为我们看到了它的吸积光度，但我们没有看到相应的撞击光度。因此，它一定在某个地方消失了。”
因此，存在一个事件视界，其后是一个黑洞，这是我们银河系中心观测到的行为的最合乎逻辑的解释，布罗德里克说。
布罗德里克说，“在个人层面上看到一个预测真的应验了，这非常令人兴奋”。“我认为这标志着科学史上一个时刻，黑洞正从某种好奇之物变成一种根本真实的东西。”
编者注：这个故事已经从早期版本中进行了更正，该版本将艾弗里·布罗德里克称为新研究的主要作者。这项新研究由 GRAVITY 合作组织的天文学家领导，并进一步支持了布罗德里克在 2005 年最初提出的理论。
版权所有 2018 年Space.com，未来公司。保留所有权利。未经许可，不得出版、广播、改写或重新分发此材料。