想听到一次黑洞的“心跳”有多難？如果你足夠幸運的話，可能需要11年。十幾年前，天文學家首次發現了來自一個超大質量黑洞的X射線準週期震盪信號——黑洞的“心跳”。十幾年後，當天文學家再次有機會觀測這個黑洞時，發現這個信號仍在持續。

作者 | 丁佳

這項研究由中國科學院國家天文台研究員金馳川團隊主導，他們與英國杜倫大學等的研究人員合作，6月10日的《英國皇家天文學會月刊》發表了他們的研究成果。

黑洞視界附近物質分佈想像圖，以及XMM-Newton衛星在2007年和2018年分別觀測到的X射線準週期震盪信號。圖片來源：中科院國家天文台/美國宇航局

“這個心跳信號非常美秒！它首次證明來自超大質量黑洞的這類週期性信號可以長期保持穩定。”

金馳川認為，這種週期性的信號攜帶了關於黑洞視界附近的物質尺度和結構的關鍵信息，它能夠為人們提供深入研究其物理機制和起源的重要線索和絕佳機會。

這個特殊的黑洞是一個距離地球6億光年，具有200萬個太陽質量的超大質量黑洞。

2007年，科學家利用歐洲宇航局的衛星，首次發現這個黑洞的X射線輻射具有一小時左右的周期性震盪信號。

可這之後後，由於該黑洞的視線方向離太陽太近，人們對其“心跳”的監測也停止了。

直到2018年，科學家們再次有機會對這個黑洞開展觀測。

金馳川團隊向歐洲宇航局和美國宇航局申請使用XMM-牛頓衛星、“核光譜望遠鏡陣列”衛星和“雨燕”衛星，對這個黑洞開展了聯合觀測，並於同年10月順利完成了所有觀測任務。

“經過詳細的數據分析，我們最終確認，它的X射線震盪信號仍然存在，並且比10年前更強了。”

金馳川說，“這是目前觀測到的超大質量黑洞’心跳’信號的最長持續時間。”

儘管在宇宙中存在著大量具有百萬甚至上億個太陽質量的黑洞，但要捕捉它們的“心跳”卻並不容易。

漂浮在星際空間中的物質會被黑洞的引力所俘獲，在逐漸落入黑洞的過程中，會形成一個圓盤狀的結構，並在黑洞周圍很小的空間裡釋放大量的能量，從而產生很強的高能輻射，比如X射線。

但是，這種高能輻射的周期性重複信號卻極少被發現。

目前已知的唯一一個能夠產生類似心跳信號的黑洞，是一個位於銀河系旋臂內的小黑洞。

它的質量僅為12個太陽質量，正快速地從其旁邊的一顆恆星吸收物質，並以67赫茲左右的“心率”產生X射線心跳信號。

論文合作者之一、杜倫大學教授Chris Done說：“我們目前的理解是這種心跳信號源自黑洞視界附近高溫物質的周期性結構變化過程。通過與此前那個小黑洞的對比，我們證明雖然不同類型的黑洞質量差別可達數十萬倍以上，但它們在一些特殊行為的表現方面卻非常類似。“

目前，該研究團隊正對多顆衛星的數據進行深入分析，以期對該心跳信號的性質有更多了解，並與銀河系內的小質量黑洞作對比，從而獲得對黑洞視界附近的物理過程的更深刻理解。

金馳川認為，這個黑洞可以成為中國下一代X射線天文衛星，比如愛因斯坦探針衛星和eXTP衛星的重要觀測目標之一。