賓夕法尼亞州立大學的研究人員最近從以前未分類的高能宇宙輻射目錄中找出了一百多顆”耀變體”的特徵。與大多數同類星系相比，這些新發現的耀斑暗淡無光，這為科學家們提供了一個檢驗有關耀變體噴流的有爭議理論的機會。這些新發現的知識有助於我們掌握黑洞膨脹，甚至影響到我們的廣義相對論和高能粒子物理學理論。

這幅藝術家的構想圖顯示的是一個耀變體–一個由超大質量黑洞驅動的活躍星系的核心圖片來源：M. Weiss/CfA

《天體物理學雜誌》（Astrophysical Journal）最近發表了一篇論文，介紹了這些耀變體和相關理論。

超大質量黑洞的質量可能是太陽質量的數百萬或數十億倍。在某些情況下，黑洞事件視界外的物質會被噴流推動，加速到接近光速並向整個宇宙發射。當噴流恰好直指地球時，這個系統通常被稱為”耀變體”。

賓夕法尼亞州立大學天文學和天體物理學研究生、論文第一作者斯蒂芬-柯比（Stephen Kerby）說：”由於耀變體的噴流直接指向我們，我們可以在比其他黑洞系統更遠的地方看到它們，就像手電筒在你直視它時顯得最亮一樣。我們對耀變體的研究令人興奮，因為它們的特性可以讓我們回答有關整個宇宙中超大質量黑洞的問題。在這項研究中，我們使用了相對較新的方法來描述106顆暗淡的類星體的特徵，並檢驗了一種被稱為’類星體序列’的有爭議理論的預測。”

耀變體發出的光橫跨整個電磁波譜，從低能量波長（如射電、紅外和可見光）到高能量波長（如X射線和伽馬射線）。當天文學家研究這些輻射的觀測結果時，他們通常會看到兩個寬廣的峰值，一個是伽馬射線，另一個是低能量波長。這些峰值的波長和強度因星而異，也隨時間變化。根據”類星體序列”定義的類星體總體理論預測，亮度較高的類星體的低能量峰值平均比暗淡類星體的低能量峰值更紅–能量更低，而暗淡類星體的低能量峰值則更藍–能量更高。

賓夕法尼亞州立大學天文學和天體物理學研究教授、高能天體物理學組組長Abe Falcone說：”一些最令人興奮的極端耀變體是通過探測它們的伽馬射線發射發現的，但如果沒有進一步的多波長觀測，我們通常無法對這些天體進行分類或了解。我們目前使用的望遠鏡實際上很難探測到同樣暗淡的低能量峰值–紅色類星體並對其進行分類，而當這些類星體的峰值處於較高能量或較亮時，則更容易發現它們。因此，通過這項研究，我們最大限度地減少了選擇偏差，並通過深入研究低能峰和高能峰耀變體的較低亮度來探索耀變體序列。”

研究人員與賓夕法尼亞州立大學天文學和天體物理學副研究員Amanpreet Kaur一起，先前從費米大面積望遠鏡探測到的伽馬射線源目錄中確定了潛在的耀變體，其中許多耀變體尚未與可能來自同一源的低能量輻射配對。然後，研究人員為每一個類星體確定了X射線、紫外線和光學（由位於賓夕法尼亞州立大學的任務運行中心Neil Gehrels Swift天文台探測到）中的對應輻射，以及檔案數據中的紅外線和無線電輻射。通過交叉對比這些信息，研究人員最終確定了106顆新的、暗淡的類星體的光譜特徵。

Kerby說：”與費米數據相比，Swift望遠鏡的觀測結果使我們能夠更精確地確定這些耀變體的位置。將所有這些發射數據匯集在一起，結合兩種新的技術方法，幫助我們確定了每個類星體的低能峰在電磁波譜中的位置，例如，這可以提供有關噴流磁場強度、帶電粒子移動速度等信息。”

為了確定暗星的峰值出現在哪裡，研究人員使用了機器學習和直接物理擬合方法，這兩種方法各有利弊。機器學習方法過濾掉了實際上可能是噪音的輻射，例如星系中的塵埃或其他恆星發出的光。直接物理擬合方法不會過濾噪音，使用起來要困難得多，但它能提供更詳細的耀變體噴流特性。Kerby說：”對於這兩種方法，我們的暗星樣本的發射通常在藍色高能量光中達到峰值，儘管擬合方法產生的極端值較少。這與耀變體序列一致，並擴展了我們對這種模式的了解。然而，仍然有上千個費米非相關源我們沒有找到對應的X射線源，我們可以相當安全地假設，這些源中有許多也是在X射線中過於暗淡而我們無法探測到的類星體。我們可以利用我們在這裡學到的有關這些耀變體光譜形狀的知識，對那些仍然太暗而我們無法探測到的耀變體進行預測，這將進一步檢驗耀變體序列。”

新耀變體目錄已經整理出來，可供其他天文學家詳細研究。

Kerby說：”一直努力擴大我們的數據集以覆蓋越來越暗的星源是非常重要的，因為這可以使我們的理論更加完整，並且不容易因為意外的偏差而失敗。我很期待未來能有新的望遠鏡探測到更暗的類星體”。

據研究人員稱，研究超大質量黑洞也為理解宇宙中的物理理論提供了一種獨特的方法。

超大質量黑洞及其周圍環境是宇宙實驗室，其能量遠遠超過我們在地球上的粒子加速器所能產生的能量。它們為我們提供了研究相對論、更好地理解粒子在高能量下的行為方式、研究到達地球的宇宙射線的潛在來源以及研究超大質量黑洞及其噴流的演化和形成的機會。