近日，安徽師范大學(xué)教授舒新文研究團(tuán)隊(duì)與合作者發(fā)現(xiàn)了中等質(zhì)量黑洞吞噬恒星發(fā)出的X射線準(zhǔn)周期振蕩信號(hào)，類似于黑洞的“心跳”。這是天體物理學(xué)家首次發(fā)現(xiàn)該類現(xiàn)象，為宇宙中存在中等質(zhì)量黑洞提供了關(guān)鍵證據(jù)。2月28日，該研究成果發(fā)表于《自然-天文學(xué)》。
圖為中等質(zhì)量黑洞撕裂恒星的藝術(shù)想象圖。研究團(tuán)隊(duì)供圖。
黑洞是廣義相對(duì)論預(yù)言的天體，具有獨(dú)特的時(shí)空結(jié)構(gòu)。目前已知的黑洞大致分為兩大類：第一類是大質(zhì)量恒星死亡后遺留的產(chǎn)物，質(zhì)量在幾倍到幾十倍太陽(yáng)質(zhì)量之間，稱作恒星級(jí)黑洞；另一類質(zhì)量為太陽(yáng)的百萬(wàn)倍以上，稱為超大質(zhì)量黑洞，一般位于星系的核心。人們喜歡把超大質(zhì)量黑洞比作“超級(jí)怪獸”，而中等質(zhì)量黑洞雖被理論預(yù)言為超大質(zhì)量黑洞演化的“種子”，卻因?yàn)殡y以精準(zhǔn)探測(cè)，仍缺乏可靠的觀測(cè)證據(jù)。
“宇宙中大部分的黑洞可能都處于冬眠狀態(tài)。理論上它們應(yīng)該在那兒，可就是不露面。如何找到這些‘宇宙隱士’，是當(dāng)今物理學(xué)和天文學(xué)最燒腦的難題之一。”舒新文介紹。
幸運(yùn)的是，當(dāng)一顆“倒霉”的恒星游走到過于靠近黑洞的位置時(shí)，會(huì)被黑洞產(chǎn)生的強(qiáng)大潮汐引力撕裂瓦解，進(jìn)而被黑洞吞噬，同時(shí)釋放出短暫劇烈的電磁輻射，這種現(xiàn)象被稱為黑洞潮汐撕裂恒星事件。舒新文說，“天文學(xué)家正是通過研究黑洞潮汐撕裂恒星事件來(lái)捕獲冬眠的黑洞。”
此次工作中，舒新文研究團(tuán)隊(duì)鎖定了一例特殊的中等質(zhì)量黑洞潮汐瓦解恒星事件候選體，通過分析相關(guān)觀測(cè)數(shù)據(jù)，在其X射線輻射中探測(cè)到頻率約為0.012赫茲的準(zhǔn)周期性振蕩信號(hào)。
“這就像黑洞捕食恒星時(shí)會(huì)有‘心跳’現(xiàn)象，其特定的心率為我們揭示了這顆中等質(zhì)量黑洞的存在”，論文第一作者、安徽師范大學(xué)博士研究生張文杰介紹，通過結(jié)合X射線能譜分析，研究人員推算出該黑洞質(zhì)量介于9900至16000倍太陽(yáng)質(zhì)量，屬于典型的中等質(zhì)量黑洞范疇。
好比不同體重不同年齡人的心律不同，不同質(zhì)量的黑洞“心律”也不一樣。研究團(tuán)隊(duì)根據(jù)“心律”，還甄別出了該黑洞的質(zhì)量類似于人類青少年時(shí)期應(yīng)有的體重（不同于幼年或成年），填補(bǔ)了描繪黑洞家族成長(zhǎng)和進(jìn)化史的關(guān)鍵缺環(huán)。
舒新文表示，這不僅為理解中等質(zhì)量黑洞的物理性質(zhì)提供了關(guān)鍵信息，也為未來(lái)利用潮汐瓦解恒星事件的X射線輻射（如我國(guó)天關(guān)衛(wèi)星的觀測(cè)）進(jìn)一步探測(cè)和研究中等質(zhì)量黑洞奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。
相關(guān)論文信息：https://doi.org/10.1038/s41550-025-02502-0
本文鏈接：科學(xué)家首次探測(cè)到中等質(zhì)量黑洞吞噬恒星的“心跳”http://www.lensthegame.com/show-11-18012-0.html
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