天文学家们正在努力解决一个复杂的宇宙谜团，这个谜团潜伏在距离地球约2.7亿光年的遥远星系的黑暗中心。而它的解决可能彻底改变我们对宇宙中黑洞如何吞噬物质的理解。
这个遥远的恒星岛被称为1ES 1927+654，位于天龙座，其核心潜伏着一个质量超过百万个太阳的超大质量黑洞——令人惊讶的是，这并不是非常了不起。大多数大型星系，包括我们自己的星系，在其中心都存在着如此巨大的怪物。但这个黑洞已被证明非常奇怪：这个天体突然爆发出的强烈辐射震惊了观测者，以至于它显然在2018年三个月内摧毁了黑洞的日冕，这是一个包裹着黑洞的、旋转的、温度达十亿度的等离子云。人们认为，这次爆发可能来自潮汐瓦解事件，当一颗不幸的恒星漂移得太靠近黑洞后被撕裂和吞噬时，就会发生潮汐瓦解事件。许多研究小组开始密切监测该系统，在接下来的几年里观察到日冕重新组装并恢复平静状态，直到黑洞释放出更多的惊喜——在无线电波中剧烈爆发，并以快速的X射线脉冲闪烁。
如此令人眼花缭乱的动态活动在超大质量黑洞周围是前所未有的，并且无法轻易用任何典型的潮汐瓦解事件来解释。马里兰大学巴尔的摩县分校的天文学家艾琳·迈耶领导一个国际团队，利用地面和太空中的多架望远镜对该系统的无线电发射进行了调查，她回忆起她对1ES 1927+654的最初印象，认为它是一个非常“无聊、微弱的无线电斑点”。但随着她和她的同事看到越来越多的奇怪活动展开，她意识到“这个[黑洞]很奇怪，非常奇怪。” 特别是，她的团队的观测表明，在无线电波爆发后不久，黑洞喷射出了一对巨大的、方向相反的等离子体射流，其速度达到光速的三分之一。这是首次实时见证这种射流的产生，并且它是更靠近黑洞的极端活动的明显指标。迈耶上周在美国天文学会第245次会议（在马里兰州国家港口举行）上介绍了她团队的发现，并且是1月13日发表在《天体物理学杂志快报》上的一篇随附论文的第一作者。
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如果说一个普通的恒星毁灭行为不是黑洞奇异行为的幕后原因，那又是什么呢？一个关键的线索可能在于黑洞闪烁的X射线脉冲的时间，这是由麻省理工学院的博士候选人梅根·马斯特森领导的工作揭示的。马斯特森和她的同事使用欧洲航天局的XMM-牛顿X射线空间望远镜的数据，在脉冲中发现了一个明显的模式：它们的闪烁中的振荡在两年内变得越来越快。“这种振荡的周期从2022年到2024年发生了巨大变化，”马斯特森说。“我们从2022年的18分钟周期开始，到2024年，我们达到了7分钟周期——因此周期基本上缩短了一半。这在超大质量黑洞周围从未被观察到。” 马斯特森、迈耶和其他人合着的一篇报告结果的论文于1月发布在预印本服务器arXiv.org上，并已被接受在2月13日出版的《自然》杂志上发表。
研究人员说，对这些X射线振荡最明显的解释是，它们是一个清晰但间接的信号，表明一个相当大的物体非常靠近黑洞运行。事实上，它非常靠近，以至于它一定是在穿过黑洞的吸积盘——这是一个由落入物质组成的漩涡，由于摩擦加热而变得白炽，因为它堆积在引力怪兽的嘴边。研究人员意识到，如果情况是这样，每次闪烁爆发都将对应于该物体完成一个轨道周期，在此期间，它将猛扑穿过并搅动吸积盘，从而喷射出X射线爆发。而振荡的奇怪加速似乎表明，该物体的轨道正在衰减，通过发射称为引力波的时空涟漪，正在消耗能量并更快地螺旋式地靠近不归路点——黑洞的事件视界。
对于马斯特森来说，下一步很简单：“我计算了这个物体螺旋式下降并被吞噬需要多长时间，”她说。数学计算告诉马斯特森，这个假设物体的最终坠落将发生在2024年1月。然后，神秘的X射线振荡最终将停止。
但它们并没有停止。2024年3月XMM-牛顿对1ES 1927+654的观测清楚地表明，振荡仍在强烈进行；如果是由一个轨道物体引起的，它们大约7分钟的周期意味着黑洞的伴星距离事件视界仅几百万英里，并以光速的一半速度移动。从未观察到有物体如此靠近黑洞；为什么这个物体没有坠落进去？马斯特森回忆说，引力应该确保它的厄运——除非这里有引力以外的其他因素在起作用。她在另一个意想不到的领域找到了一个有希望的候选者：白矮星的物理学，白矮星是类似太阳的垂死恒星留下的致密恒星尸体。
如果假定的物体是一个较小的黑洞，它就会一头扎进吸积盘，与它的超大质量伴侣合并——如果它是一颗普通的恒星，它应该在靠近时被撕碎，从而产生典型的潮汐瓦解事件。但是，马斯特森和她的团队意识到，如果它是一颗低质量的白矮星，大约与地球大小相同，它可能足够坚硬，可以在毁灭边缘危险地停留一段时间。这样的白矮星不会屈服于撕裂恒星的潮汐力，而是会涓涓细流地将少量物质供给黑洞。这可以抵消通过引力波损失的轨道能量，从而阻止甚至逆转螺旋式下降。“本质上，这与白矮星如何响应质量损失以及吸积物理学如何发挥作用有关，”马斯特森说。
耶鲁大学的天体物理学家基娅拉·明加雷利表示，这很有道理，她没有参与1ES 1927+654的任何一项研究。如果绕黑洞运行的假设物体是一颗白矮星，那么这颗不死恒星将处于某种潮汐边缘状态，她解释说，它会“开始被撕裂一点点”，“发射引力波[同时]缓慢地螺旋式进入黑洞，而不是被整个吞噬。”
然而，这种模型充其量仍然是一个有根据的猜测。然而，它的验证可能很快就会到来，通过一个计划在2030年代发射的太空引力波探测器：欧洲航天局的激光干涉仪空间天线，或LISA，它应该能够探测到从1ES 1927+654周围处于准静态的白矮星倾泻而出的引力波。即使LISA没有发现这样的信号，这个零结果也应该有助于解开这个神秘系统真正发生的事情的谜团——例如，无线电耀斑、巨型射流和X射线脉冲可能都追溯到黑洞与其消失又重新出现的日冕等离子云之间相互作用的不甚了解。
无论如何，“这是一个让我们现在研究这个单一来源的机会，希望LISA能找到更多、更多的[类似的宇宙系统]，然后我们可以研究所有这些系统，”马斯特森说。
“我感到惊讶和高兴，我们对黑洞动力学，特别是吸积盘物理学还有很多不了解的地方，”明加雷利说，她补充说，LISA研究这些环境的潜力可能会解开更多关于超大质量黑洞的谜团。
“这不仅仅是观察静态宇宙了，”迈耶说。“现在我们已经到了意识到宇宙有多少是非常动态的——我们不知道接下来会发生什么。那里可能有一些新的东西，是上周没有的。”