一個星系中心的沉睡巨人已經甦醒：一個通常處於休眠狀態的怪物黑洞被發現正在撕碎一顆冒險過於靠近宇宙巨獸的恆星。
科學家們透過研究圍繞巨大黑洞旋轉的物質盤中反彈的X射線發現了這起恆星屠殺事件。這項用來分析該事件（名為Swift J1644+57）的方法，可能有助於解開宇宙中最大的黑洞是如何增長到如此巨大尺寸的謎團，這項新研究的作者表示。
幾乎每個星系的中心都潛伏著一個怪物黑洞，在某些情況下，它們是宇宙中最大的黑洞，質量是太陽的數百萬到數十億倍。天文學家認為，這些超大質量黑洞釋放出的巨大能量可以影響它們所居住的星系的演化。[宇宙中最奇特的黑洞]
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儘管沒有任何東西能在落入黑洞內部後逃脫，即使是光也不例外，但黑洞周圍的物質仍然有可能輻射出天文學家可以看到的光。在所謂的吸積盤內，即黑洞周圍旋轉的氣體和塵埃的廣闊區域內，劇烈的運動會產生明亮的光芒，以及以接近光速的速度從黑洞射出的物質噴流。
天文學家對超大質量黑洞的大部分了解來自於對正在積極吞噬或吸積物質的黑洞的研究。然而，這些活躍的巨頭只佔超大質量黑洞的10%或更少，這篇新論文的作者告訴Space.com。相比之下，大約90%的已知超大質量黑洞處於休眠狀態，這意味著它們不活躍地消耗物質，因此不會發出任何可檢測到的輻射。
然而，有時一顆恆星會漂移得離休眠黑洞太近，恆星隨之而來的毀滅（稱為潮汐破壞事件）會引發壯觀的煙火。這些災難可以為天文學家提供關於這個龐大的神秘超大質量黑洞種群的資訊。
來自休眠黑洞的任何細節對天文學家來說都是有潛在價值的，有助於他們瞭解所有型別的黑洞活動。科學家們特別想了解活躍和休眠的超大質量黑洞的自旋速率。這是因為科學家們對黑洞如何增大尺寸有不同的理論，而這些不同的觀點預測了黑洞的不同自旋，該研究的主要作者，馬里蘭大學帕克分校的天體物理學家艾琳·卡拉告訴Space.com。
卡拉說：“例如，如果黑洞主要透過吸積盤吸積物質而增長，那麼我們預計黑洞會隨著時間的推移而加速自旋，那麼宇宙中的大多數黑洞都應該具有最大的自旋。“相比之下，如果黑洞僅透過較小黑洞合併成較大黑洞而增長，那麼我們應該預期黑洞的自旋分佈會更加隨機。”
先前對活躍黑洞的光的研究表明，許多天體都在快速旋轉。天文學家現在想要測量通常處於休眠狀態的黑洞的旋轉速度；這將有助於研究人員更全面地瞭解黑洞的自旋，卡拉說。
對於這項新研究，卡拉和她的同事們檢查了一個被抓到正在吞噬一顆靠得太近的恆星的黑洞（這是第一個這樣的發現），使用的是來自美國宇航局公開檔案中的舊高能X射線資料。Swift J1644+57首次於2011年被發現，它發生在距離地球約39億光年的方向，位於天龍座。
卡拉在馬里蘭大學的一份宣告中說：“大多數潮汐破壞事件在高能X射線波段並沒有發出太多光。但至少有三個已知事件發出了光，而且這是第一個也是唯一一個在其峰值被捕獲的此類事件。”美國宇航局的雨燕衛星首先發現了它，並觸發了歐洲航天局的XMM-牛頓衛星以及日本宇宙航空研究開發機構和美國宇航局的朱雀衛星進行後續跟蹤。因此，我們擁有出色的資料。我們很幸運，我們擁有的這一事件正在向我們展示所有這些令人興奮的新事物。”
研究人員使用了一種名為X射線混響對映的新技術來繪製黑洞吸積盤的內部結構。這種方法類似於海豚和蝙蝠透過發射超聲波並測量回聲返回所需的時間來繪製周圍環境的方式。在X射線混響中，天文學家調查了吸積盤內發射的X射線在吸積盤中鐵原子反射後到達時間上的微小延遲。
卡拉在宣告中說：“例如，我們知道聲音在一個大型禮堂中的迴響方式。因為我們知道聲速，所以我們可以使用時間延遲資訊來計算禮堂的形狀。”“我們正在使用X射線輻射來繪製內部吸積盤做同樣的事情。這是一個很酷的新技術，在過去六年內才開發出來。”
這種新型分析表明，該黑洞的質量是太陽的數百萬倍。“對我來說最令人驚訝的是它竟然奏效了，”卡拉說。“X射線混響對映並不是為研究潮汐破壞事件而開發的，但我們有想法嘗試一下，現在看來它似乎是瞭解潮汐破壞事件的一種有前途的方法。”
此外，科學家們出乎意料地發現，X射線似乎來自吸積盤的深處，非常靠近黑洞，卡拉說。天文學家的傳統觀點長期以來認為，在潮汐破壞事件期間，高能X射線是在距離黑洞更遠的相對論噴流中產生的——相對論噴流是近乎以光速的速度從黑洞噴射出的強大粒子爆發。
此外，研究人員發現，黑洞吞噬恆星的速度比一個被稱為愛丁頓極限的理論最大值高出100倍。這是物質衝向黑洞所釋放的能量應該抑制黑洞吞噬物質的量的那一點。
越來越多的研究表明，黑洞可以克服愛丁頓極限，從而實現所謂的超愛丁頓增長率。“就Swift J1644+57而言，我們認為它可以超過愛丁頓極限，因為大部分輻射優先地向一個方向漏斗出去，”卡拉說。“與此同時，物質以非常快的速度向內吸積，不受強輻射力的阻礙。”
到目前為止，卡拉和她的同事實際上還沒有能夠使用X射線混響對映來測量休眠黑洞的自旋。不過，他們表示，該方法可以在不久的將來直接測量休眠黑洞自旋的速度和方向。
這項研究的合著者，同樣來自馬里蘭大學帕克分校的克里斯·雷諾茲在宣告中說：“同樣重要的是，我們可以在事件發生後跟蹤觀察，觀察吸積盤如何減速旋轉，以及當黑洞恢復到靜止狀態時能量如何消散。”“我們或許最終能夠觀察到所有這些不同的狀態，到目前為止，我們只能從理論教科書中瞭解這些狀態。”
未來，研究人員希望嘗試對其他潮汐破壞事件進行X射線混響對映。“我們只需要等待它們發生，”卡拉說。“自2011年以來，我們一直在等待另一個像Swift J1644+57這樣的事件。”
科學家們在6月22日發表在《自然》雜誌上的線上詳細介紹了他們的發現。
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