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主譯:酥油餅
校對(duì):甘林
審核:牧夫天文校對(duì)組
美編:張少巖
后臺(tái):王啟儒
https://sorae.info/astronomy/20260402-quasar-rapid-dimming.html
宇宙之中的變化,在我們?nèi)祟惖母杏X(jué)看來(lái)往往需要極其漫長(zhǎng)的時(shí)間才能發(fā)生。然而這一次,天文學(xué)家報(bào)告了一項(xiàng)觀測(cè)結(jié)果:在宇宙尺度上被稱為“瞬間”的極短時(shí)間內(nèi),某個(gè)天體發(fā)生了劇烈的變化。
類星體亮度在約20年內(nèi)驟降至原來(lái)的二十分之一
包括我們所在的銀河系在內(nèi),許多星系的中心都被認(rèn)為存在著一種質(zhì)量高達(dá)太陽(yáng)數(shù)十萬(wàn)倍至數(shù)十億倍的天體——超大質(zhì)量黑洞。
雖然黑洞本身不會(huì)發(fā)光,但當(dāng)它以強(qiáng)大的引力吸積周圍氣體時(shí),會(huì)形成一個(gè)旋轉(zhuǎn)的“吸積盤”。這個(gè)盤內(nèi)的氣體在劇烈摩擦中被加熱,從而釋放出強(qiáng)烈的電磁輻射。這類位于星系中心的活躍區(qū)域被稱為“活動(dòng)星系核(AGN)”,其中最為明亮的,就被稱為“類星體”。
由千葉工業(yè)大學(xué)天文學(xué)研究中心首席研究員諸隈智貴帶領(lǐng)的國(guó)際研究團(tuán)隊(duì),希望弄清活動(dòng)星系核在漫長(zhǎng)時(shí)間中是如何演化的。為此,他們主要關(guān)注的是對(duì)比“過(guò)去”和“現(xiàn)在”的大范圍天區(qū)觀測(cè)數(shù)據(jù)。
具體來(lái)說(shuō),他們將2000年代初實(shí)施的大規(guī)模巡天項(xiàng)目“斯隆數(shù)字巡天(SDSS)”的畫像,與近年來(lái)日本國(guó)立天文臺(tái)夏威夷觀測(cè)所的昴星團(tuán)望遠(yuǎn)鏡所搭載的“超廣視場(chǎng)主焦點(diǎn)相機(jī)(HSC)”獲取的觀測(cè)圖像進(jìn)行了對(duì)比分析。
在對(duì)海量天體數(shù)據(jù)進(jìn)行比對(duì)分析后,一個(gè)現(xiàn)象浮現(xiàn)出來(lái)。約100億年前(紅移z=1.767)的類星體“SDSS J021801.90-003657.7”(簡(jiǎn)稱 J0218-0036),其亮度在約20年間驟降至原來(lái)的二十分之一。
研究團(tuán)隊(duì)表示,在如此短時(shí)間內(nèi)出現(xiàn)如此劇烈減光的類星體,此前幾乎沒(méi)有觀測(cè)先例。
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【▲ 不同時(shí)期觀測(cè)到的類星體“J0218-0036”(箭頭)。左邊是2002年左右使用斯隆數(shù)字巡天(SDSS)拍攝的圖像,右邊則是2018年左右使用昴星團(tuán)望遠(yuǎn)鏡搭載的HSC拍攝的圖像。(圖片來(lái)源: SDSS、HSC-SSP/日本國(guó)立天文臺(tái))】
黑洞真的“沒(méi)燃料了”嗎?
那么,這種急劇變暗的現(xiàn)象究竟是如何產(chǎn)生的?研究人員利用同樣位于夏威夷莫納克亞山頂?shù)膭P克天文臺(tái)的凱克望遠(yuǎn)鏡進(jìn)行后續(xù)觀測(cè),同時(shí)結(jié)合從X射線到紅外波段的歷史觀測(cè)數(shù)據(jù),甚至還參考了約70年前的天文照相底片,對(duì)該天體進(jìn)行了詳細(xì)分析。
通過(guò)多波段數(shù)據(jù)和理論模型比較得出的結(jié)果顯示,為黑洞提供物質(zhì)的吸積盤,其物理狀態(tài)很可能發(fā)生了急劇的變化,導(dǎo)致氣體流入量(即質(zhì)量吸積率)急劇下降。換句話說(shuō),這個(gè)黑洞可能出現(xiàn)了類似“燃料耗盡”的狀態(tài)。在將星系本身的光與活動(dòng)星系核的光精確分離后,研究人員得出類星體本身的亮度實(shí)際上下降到了原來(lái)的約五十分之一。
研究團(tuán)隊(duì)也曾考慮過(guò),光變?nèi)趿说脑蚴欠袷且驗(yàn)閺牡厍騺?lái)看位于黑洞前方的塵埃云遮擋了光線。但他們發(fā)現(xiàn),從可見(jiàn)光到紅外波段都出現(xiàn)了明顯變化,這種特征無(wú)法用單純的塵埃遮蔽來(lái)解釋
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【▲ 描繪了活動(dòng)星系核明亮?xí)r期(左)和暗淡時(shí)期(右)的想象圖。上面是星系整體,下面是把活動(dòng)星系核放大的圖像。在氣體被吸積的明亮?xí)r期,存在于黑點(diǎn)狀黑洞周圍的吸積盤和其周圍的氣體與塵埃組成的圓環(huán)(甜甜圈狀構(gòu)造)熠熠生輝。(圖片來(lái)源:千葉工業(yè)大學(xué))】
宇宙尺度下的瞬間變化
期待今后也能發(fā)現(xiàn)類似的天體
這項(xiàng)研究成果最引人注目的地方,在于變化發(fā)生的速度。
至今為止,天文學(xué)家普遍認(rèn)為活動(dòng)星系核中黑洞吸積氣體的變化通常需要數(shù)萬(wàn)年以上的時(shí)間逐漸顯現(xiàn)。但如果換算到該類星體所在星系自身的時(shí)間尺度,這次觀測(cè)到的“燃料耗盡”過(guò)程,僅用了大約短短的7年。這已經(jīng)是在人類一生中完全可以觀測(cè)到的時(shí)間范圍,也因此顛覆了對(duì)現(xiàn)有的黑洞增長(zhǎng)模型的認(rèn)識(shí)。
未來(lái),如果通過(guò)昴星團(tuán)望遠(yuǎn)鏡等大視場(chǎng)巡天觀測(cè),能夠發(fā)現(xiàn)更多類似正在進(jìn)入沉寂期的類星體,我們期待可以更加深入地理解超大質(zhì)量黑洞的活動(dòng)是如何停止與重新啟動(dòng)的、黑洞與其宿主星系之間是如何共同演化的這些問(wèn)題。
責(zé)任編輯:甘林
牧夫新媒體編輯部
『天文濕刻』 牧夫出品
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NASA宇航員杰西卡·梅爾在國(guó)際空間站的穹頂艙拍攝了這張漂浮著的阿爾忒彌斯計(jì)劃臂章的照片。(圖片來(lái)源: NASA/Jessica Meir)
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