遥远星系中一个神秘的黑洞在沉寂数十年后苏醒过来——并且正在上演一场宇宙灯光秀！欧空局的XMM-牛顿望远镜和其他X射线望远镜正在捕捉到被称为准周期爆发（QPE）的巨大能量爆发，这与目前的理论相悖。这些强大的闪光与以往任何观测到的现象都不同，它们可能正在改写黑洞的行为、演化及其与周围环境相互作用的规则。

这幅艺术家的构想图展示了新近苏醒的黑洞安斯基（Ansky）中观测到的强烈X射线爆发的可能起源机制。图片来源：欧空局

欧洲航天局的XMM-牛顿望远镜正在帮助科学家研究最近复活的黑洞发出的迄今为止持续时间最长、威力最大的X射线爆发。实时观测这一罕见事件，为研究人员提供了一个独特的机会，让他们能够更好地理解黑洞的行为方式以及这些极端爆发的驱动因素。

超大质量黑洞，其质量是太阳的数百万倍，被认为位于大多数星系的中心。然而，尽管它们巨大，却往往难以探测。与黑洞不断吸收物质的普遍印象相反，许多黑洞在很长一段时间内都保持安静和不活跃的状态。

SDSS1335+0728 星系中心的黑洞就是这种情况。SDSS1335+0728 是一个相当普通的星系，位于室女座，距离我们约 3 亿光年。在沉寂了几十年之后，这个黑洞突然活跃起来，开始发出强烈的、前所未见的 X 射线闪光。

2019年末，该星系首次出现活动迹象，当时它意外地开始明亮闪耀，引起了天文学家的关注。经过数年的研究，他们得出结论，观察到的异常变化可能是黑洞突然“开启”——进入活跃阶段的结果。该星系明亮、致密的中心区域现在被归类为活跃星系核，昵称“安斯基”。

“当我们首次在光学图像中看到安斯基黑洞亮起时，我们启动了使用美国宇航局的斯威夫特X射线太空望远镜的后续观测，并检查了eROSITA X射线望远镜的存档数据，但当时我们没有看到任何X射线发射的证据，”德国欧洲南方天文台的研究员、首次探索该黑洞激活状态的团队负责人保拉·桑切斯·赛斯 (Paula Sánchez Sáez) 说。

XMM-牛顿望远镜的艺术家构想。图片来源：ESA-C. Carreau

随后，在 2024 年 2 月，由智利瓦尔帕莱索大学研究员 Lorena Hernández-García 领导的团队开始看到安斯基几乎以规律的间隔发射出 X 射线。

“这一罕见事件为天文学家提供了一个机会，利用X射线太空望远镜XMM-牛顿望远镜以及美国宇航局的NICER、钱德拉和雨燕望远镜实时观测黑洞的行为。这种现象被称为准周期性爆发，简称QPE。QPE是短暂的耀斑事件。这是我们首次在一个似乎正在苏醒的黑洞中观测到此类事件，”洛雷娜解释道。

第一个量子极化事件是在2019年发现的，自那以后，我们只探测到少数几个。我们还不清楚它们的成因。研究Ansky将有助于我们更好地理解黑洞及其演化过程。

XMM-牛顿望远镜在我们的研究中发挥了关键作用。它是唯一一台灵敏度足够高，能够探测到爆发之间较暗的X射线背景光的X射线望远镜。借助XMM-牛顿望远镜，我们可以测量Ansky的暗淡程度，从而计算出Ansky在亮起并开始闪烁时释放的能量。

黑洞（艺术家构想）。图片来源：欧洲航天局、美国国家航空航天局和 Felix Mirabel（法国原子能委员会、阿根廷天文与空间物理研究所/Conicet）

黑洞的引力会捕获距离太近的物质，并将其撕裂。例如，被捕获恒星的物质会扩散到一个炽热、明亮、快速旋转的圆盘中，这个圆盘被称为吸积盘。目前的想法是，准粒子加速事件（QPE）是由一个物体（可能是恒星或小型黑洞）与这个吸积盘相互作用引起的，并且与恒星的毁灭有关。但没有证据表明安斯基摧毁了一颗恒星。

安斯基反复爆发的异常特征促使研究团队考虑其他可能性。吸积盘可能是由黑洞从其邻近区域捕获的气体形成的，而不是由解体的恒星形成的。在这种情况下，X射线耀斑可能来自吸积盘中的高能激波，这种激波是由一个小型天体反复穿过并扰乱轨道物质而引起的。

“安斯基爆发的 X 射线比我们在典型的 QPE 中看到的要长十倍，亮度要高十倍，”团队成员、美国麻省理工学院博士生 Joheen Chakraborty 说道。

每次喷发释放的能量都比我们在其他地方观察到的能量高出一百倍。安斯基火山的喷发也呈现出迄今为止观测到的最长的爆发周期，大约持续4.5天。这挑战了我们模型的极限，并挑战了我们关于这些X射线闪光如何产生的现有认识。

能够实时观察安斯基的演变，对于天文学家来说是一个前所未有的机会，可以让他们更多地了解黑洞及其产生的能量事件。

“对于 QPE，我们仍然处于模型多于数据的状态，我们需要更多的观察来了解正在发生的事情，”ESA 研究员兼 X 射线天文学家 Erwan Quintin 说。“我们认为准粒子加速事件（QPE）是由于较小的天体被较大的天体捕获，并螺旋式下降至它们所致。安斯基的爆发似乎在告诉我们一个不同的故事。这些重复性的爆发也可能与引力波有关，而欧空局未来的LISA任务或许能够捕捉到这些引力波。这些X射线观测至关重要，它们将补充引力波数据，并帮助我们解开大质量黑洞的谜团。”

编译自/ScitechDaily