這是宇宙中最偉大的消失之謎。類星體——由遙遠星系核心貪婪的超大質量黑洞驅動的明亮信標——已被發現正在消失，有時會在不到一年的時間內衰退。之後，看似普通的星系從減弱的光芒中浮現出來。儘管天文學家早就知道，任何類星體最終都會隨著其中心黑洞耗盡氣體和塵埃的原料而變得靜止，但這些天體的規模如此巨大，以至於這個過程應該需要數萬年。那麼，它怎麼可能在不到一年的時間內發生呢？
有人提出，可能是塵埃雲從類星體前方經過，暫時阻擋了它們的視線。一些理論家認為，也許這些怪異的天體完全是其他東西：一個超大質量黑洞吞噬一顆恆星可能會引發一次足夠明亮、短暫的爆發。或者，一顆路過的太陽可能充當宇宙放大鏡，產生類似耀斑的光放大效應。但這些想法在很大程度上已被排除。相反，天文學家表示，證據表明類星體本身正在發生變化。更準確地說，它們吸積盤中的某些變化——環繞吞噬物質的黑洞的熱物質漩渦——才是真正的罪魁禍首。現在，一項新的預印本研究，最近被《美國國家科學院院刊》Proceedings of the National Academy of Sciences USA接受發表，為這場爭論火上澆油。加州理工學院的天文學家馬修·格雷厄姆和他的同事們幾乎將已知的“變臉”類星體的數量增加了兩倍——所有這些類星體都清楚地顯示出其吸積盤的劇烈變化。這是有史以來彙編的此類類星體最大樣本，使天文學家終於能夠深入瞭解這些神秘變化背後的細節，而這反過來可能有助於更好地解釋吞噬物質的黑洞的機制，以及像銀河系這樣的星系在宇宙時間中演化的方式。
自從2014年發現第一個已知的變臉類星體以來，天文學家一直在追尋更多這些怪異的天體——其中一些似乎隨著星系突然爆發成明亮的類星體而迅速變亮。在這裡，時間尺度似乎也是不可能的。因此，天文學家在所有可用的波長上監測這些天體。最近，這種方法涉及可見光和紅外光——這兩種波長使研究人員能夠探測物理系統的不同方面。在類星體中，可見光主要來自吸積盤，而紅外光主要來自更大的外圍環面——一個包圍吸積盤的甜甜圈狀塵埃環。這些雙重重疊觀測揭示了一個值得注意的新細節：可見光的變化與紅外光的變化相呼應。由於明亮的吸積盤將光線傳送到較暗的環面，在那裡它被吸收並以紅外波長重新發射，因此這種回聲是確鑿的證據，表明某種快速變化正在吸積盤內部發生。“我願意拿出相當多的錢——也許不是我的抵押貸款或學生貸款——來打賭，原始的吸積率變化是最受青睞的解釋，”這項新研究的合著者、蘇格蘭愛丁堡大學的天文學家尼古拉斯·羅斯說。
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考慮到這個模型，格雷厄姆、羅斯和他們的同事們仔細研究了卡特琳娜巡天的資料，該巡天擁有大約5億個天空中一半源的十年尺度光變曲線（亮度隨時間變化的測量值）。首先，該團隊篩選了卡特琳娜資料中基於光譜（它們發射的光的各種顏色）被歸類為類星體的天體。其次，它分析了可見光光變曲線，以尋找隨著時間推移而變暗的類星體，並將其與紅外光光變曲線（使用NASA的廣域紅外巡天探測衛星的資料）進行交叉引用，以瞭解每個候選者的變暗是如何在兩種型別的光中發生的。最後，研究人員再次查看了每個天體變暗後的光譜，以驗證該天體是否已轉變為星系。然後，他們搜尋了轉變為類星體的星系。
總的來說，該團隊發現了111個快速變化的類星體，以補充大約60個已知的類星體。但新論文不僅僅是在目錄中新增條目，它還構成了對這種神秘現象的物理環境的新興模型的可靠現實檢驗。伊利諾伊大學厄巴納-香檳分校的天文學家埃裡克·摩根森認為，這項成就使其成為一個里程碑，他沒有參與這項研究。天文學中的每一個新奇事物——甚至類星體本身，它們是在20世紀中期被發現的——最初都以許多“哇”的論文進入該領域，主要指出它們的奇異之處。天文學家從一些讓他們困惑的例子開始。但是，隨著他們系統地尋找並找到更多例子，他們也獲得了更深入的理解，建立了他們認為正在發生的更好的模型。最終，研究跨越了一個閾值，在這個閾值上，觀測主要只是約束現有模型，而不是產生全新的模型。摩根森說，這項研究標誌著這個轉折點。
在新樣本中，每個標記的類星體首先都顯示出可見光的變化，然後是紅外光的變化。論文作者說，這足以證明觀察到的變化是類星體本身固有的，而不是某些外部事件或力量的結果。因此，該團隊認為，與其稱為“變臉”，不如將這些類星體稱為“變狀態”更合適，以反映其起源的真實性質。
撇開命名不談，謎團的關鍵仍然存在：整個類星體究竟是如何突然變暗的？星系又是如何突然變亮的？吸積盤中的溫度變化——可能是由冷或熱氣體前沿、變化的磁場或它們的某種組合引起的——是研究人員首選的解釋。無論根本原因是什麼，他們的研究還模擬了吸積盤必須是什麼樣的，才能使這種變化如此迅速地傳播。具體來說，該團隊發現，一個盤必須是蓬鬆且高度粘稠的才能表現出如此快速的變化。“你可以比在水中更快地在糖漿中傳送波，”這項研究的合著者、紐約市美國自然歷史博物館（AMNH）和紐約城市大學曼哈頓社群學院（BMCC）的天文學家凱瑟琳·E·薩維克·福特說。對於更厚、更蓬鬆的盤也是如此——它看起來更像甜甜圈而不是CD。“你可以把它想象成一根管道，”薩維克·福特說。“你可以透過粗管道比透過細管道更快地傳輸資訊。”因此，無論變化是什麼，它都可能需要一個蓬鬆且粘稠的盤。
這一結論與科學界的共識觀點相反，長期以來，科學界一直認為這種盤應該是薄的。但這項研究的合著者、AMNH和BMCC的天文學家巴里·麥克南認為，這一發現與最近的理論工作相符，該理論工作表明吸積盤可能相當厚。
儘管如此，消失類星體案例中起作用的確切機制仍然未知。麥吉爾大學的天文學家約翰·阮認為，我們可能不需要在任何情況下只選擇一種機制，他沒有參與這項研究。從所有新發現的例子中得出的一個結論是它們令人印象深刻的多樣性。有些似乎逐漸變化，而另一些則快速閃爍。“如果變臉類星體是由多種原因造成的，我一點也不會感到驚訝，”他說。