科學家透過分析X 射線耀斑的光回波，研究了銀河系中的超大質量黑洞人馬座A* 過去的活動，結果表明它過去經常消耗物質，而且曾經處於較亮的狀態。銀河系中心的超大質量黑洞是一個安靜的怪物。不過，人馬座A*（簡稱Sgr A*）也並非完全處於休眠狀態。它偶爾會吞噬一團分子氣體，甚至是一顆恆星，然後消化不良。這就會向周圍的空間發射X 射線耀斑。

Sgr A*是距離地球最近的超大質量黑洞，距離地球26000光年。由於黑洞強大的引力，研究附近的環境非常困難。它扭曲了附近天體的視線，使它們難以被觀測到。不過，透過觀察黑洞耀斑對附近分子雲的影響，還是有辦法做到這一點的。天文學家最近發現了數百年前未知耀斑的迴聲，這些耀斑早在有望遠鏡觀測之前就已經發生了。這些迴聲表明，Sgr A* 吞噬物質的頻率相當高。

密西根州立大學研究員格蕾絲-桑格-約翰遜（Grace Sanger-Johnson）透過篩選十年來的X 射線數據，從銀河系中央超大質量黑洞Sgr A* 發現了九個以前未被發現的X 射線耀斑。這張十多年前公佈的NASA 影像顯示了一個X 光耀斑的例子。圖片來源：NASA/JPL-Caltech

密西根州立大學的兩位研究人員–格雷斯-桑格-約翰遜和傑克-尤特詳細研究了耀斑及其光回波。他們的發現表明，在非常遙遠的過去，當Sgr A*攝取物質時，Sgr A*曾經有過活動。該活動產生的X射線輻射從Sgr A*經過數百年的傳播，反彈到附近的分子雲並使其變亮。這產生的光回波又經過了大約26,000年才到達地球。因此，當Uteg 和Sanger 研究這些耀斑和光回波時，他們實際上是在觀察過去。

利用NuSTAR 搜尋Sgr A* X 射線耀斑

桑格-約翰遜分析了十年來的數據，尋找Sgr A*的飲食習慣所產生的X射線耀斑。在搜索過程中，她又發現了九次此類爆發的證據。

耀斑通常非常引人注目。由於耀斑非常明亮，天文學家有機會研究黑洞周圍的直接環境。桑格-約翰遜研究的數據來自NuSTAR 任務。它的目標是高能量X 射線和伽馬射線輻射。這些輻射通常來自星系中心的活躍區域、超新星爆炸和其他活躍事件。

桑格-約翰遜收集和分析的數據現已成為Sgr A耀斑的資料庫。 “我們希望透過建立這個Sgr A耀斑資料銀行，我們和其他天文學家能夠分析這些X射線耀斑的特性，並推斷出超大質量黑洞極端環境內部的物理條件，”桑格-約翰遜說。

天文學家確實從其他觀測中了解到Sgr A* 星的爆發。這是美國國家航空暨太空總署的成像X 射線極化探測器和錢德拉X 射線天文台的觀測結果。 IXPE和錢德拉數據的結合幫助研究人員確定，在分子雲中發現的X射線光來自人馬座A*大約200年前的爆發。資料來源：Mash：NASA/CXC/SAO；IXPE：NASA/MSFC/F.Marin et al; Sonification Credit: NASA/CXC/SAO/K.Arcand, SYSTEM Sounds (M. Russo, A. Santaguida)

追蹤耀斑的迴聲

在桑格-約翰遜研究NuSTAR數據的同時，本科生研究員傑克-尤特格（Jack Uteg）也在研究黑洞周圍的活動。他分析了一個被稱為”橋”的巨型分子雲20年來的數據。這些數據來自NuSTAR和歐洲太空總署XMM-牛頓天文台的觀測。橋”靠近Sgr A*，通常不會發出自己的光。

因此，當它在X射線中變亮時，天文學家就注意到了。他說：”我們看到的亮度很可能是Sgr A*去X射線爆發的延遲反射。我們在2008 年左右首次觀測到亮度的增加。然後，在接下來的12年裡，來自大橋的X射線訊號持續增加，直到2020年達到峰值亮度。

Uteg 的工作幫助天文學家確定了Sgr A* 在X 射線中比現在亮大約五個數量級。這種變亮表明我們的中央超大質量黑洞很可能吞噬了附近的氣體雲，亮度也揭示了其他特性。他說：”我們關注這團氣體雲變亮的一個主要原因是，它能讓我們確定過去Sgr A* 爆發的亮度。”

NuSTAR 太空船示意圖，太空船有一根30 英尺（10 公尺）長的桅杆，將光學模組（右）與焦平面上的偵測器（左）隔開。這種分隔對於探測X 射線的方法來說是必要的。資料來源：NASA/JPL-加州理工學院

Sgr A*的光迴聲揭示了什麼？

由於它們的工作，天文學家有了另一種方法來解決在黑洞周圍觀測的困難。她說：「耀斑和焰火都能照亮黑暗，幫助我們觀測到通常無法觀測到的東西。這就是為什麼天文學家需要知道這些耀斑發生的時間和地點，這樣他們就可以利用這些光來研究黑洞的環境。

天文學家知道黑洞會不定期吞噬附近的物質，但這些發現有助於他們確定黑洞吞噬物質的頻率，以及由此產生的耀斑對附近鄰域的影響。 MSU 助理教授張碩（Shuo Zhang）是這兩項研究的團隊負責人，他表示，關於這些耀斑發生的頻率以及過去發生過多少耀斑，還有很多問題。

張說：”這是我們第一次為我們的超大質量黑洞周圍的分子雲構建了一個長達24年的變異性，這個分子雲已經達到了它的X射線光度峰值。它使我們能夠了解到Sgr A* 大約200 年前的活動情況。

MSU 團隊的這些工作成果在美國天文學會2024 年夏季會議上做了介紹。

改編自最初發表在《今日宇宙》上的一篇文章。

編譯來源：ScitechDaily