黑洞吞噬恆星時會改變進餐氛圍
2020 年 02 月 16 日
宇宙幾乎所有星系中心都有超大質量黑洞。這些黑洞都是有耐心的捕食者，等待恆星不經意經過地盤時，用無敵重力場將它們扯碎吞噬。天文學家有時候能在可見光波段看到捕食過程，有時則在 X 射線波段看到，但幾乎不會同時觀測到這兩種輻射，這代表黑洞是用兩種方式吞噬恆星嗎？
▲ 恆星被黑洞捕捉扯碎形成長長物質流，長到頭部已繞黑洞一圈後與後方尾部物質相撞的程度。（ Source ：NASA）
荷蘭太空研究所（ Netherlands Institute for Space Research ， SRON ）暨奈梅亨拉德堡德大學（ Radboud University ）天文學家 Peter Jonker 等研究者，透過錢卓 X 射線觀測衛星（ Chandra ）觀測一些 X 射線源，而這些 X 射線源多年前都已在可見光波段偵測並辨識過。研究結果顯示：這些 X 射線源顯然都是正被黑洞吞噬的恆星，而吞噬過程似乎會先發出可見光，而後才發出 X 射線。
所以黑洞的進食習性相當固定，亦即：不管被吞噬的恆星狀況如何，黑洞似乎都以同樣方式進食，而後根據固定模式改變進餐氛圍，從溫和的白光變成蒼白而明亮的 X 射線。 Jonker 等人希望這項假設能透過即將安裝的新設施來觀測證實，例如即將發射的 eROSITA X 射線衛星，或是如即將安裝在智利的 BlackGEM 的可見光望遠鏡等。
恆星被黑洞吞噬時會逐漸被扯碎，隨著快速環繞黑洞的過程形成一道愈拉愈長的物質流，長到甚至能繞黑洞一圈，頭部追上後方尾部的景象，就像貪食蛇遊戲。頭尾相撞的物質碰撞將導致物質流與黑洞的距離減少，逐漸落向黑洞。 Jonker 等人提出 2 個可能的假設，解釋可見光和 X 射線會依次釋出的理論。
第一個假設是可見光輻射是物質流首尾碰撞期間釋出的能量造成， X 射線則是隨後物質落往黑洞時發出。恆星扯碎後的氣體物質會以黑體輻射（ black body ）方式發光，波譜峰質落在軟 X 射線波段。
第二種假設認為物質流首尾碰撞會發出 X 射線，但周邊有稠密星雲吸收這些 X 射線後，再以可見光波段輻射出來。當恆星物質逐漸消散到一定程度，這稠密星雲也稀薄到能允許 X 射線輻射通過的程度，此時物質的勢能（ potential energy ）也隨之損失。
無論哪個觀點， Jonker 等人的理論都意味著黑洞自旋和被吞噬的恆星發出的 X 射線量有關。他們認為現今對黑洞的自轉狀況雖仍未知，不過如果未來 eROSITA 能每年觀測到幾百道物質流，就能確認黑洞有自轉；如果每年僅能偵測到少數幾道物質流，那麼黑洞就幾乎是靜止狀態。
原文網址：https://technews.tw/2020/02/16/black-holes-change-the-mood-when-eating-stars/
