銀河系中心黑洞人馬座A*，是一場勢不可擋的宇宙煙火秀，瘋狂爆發的能量似乎沒有規律可循。利用詹姆斯-韋伯太空望遠鏡（James Webb Space Telescope），科學家們觀測到了不停的爆發，有的只持續幾秒鐘，有的則持續數月。 原因何在？ 磁場混亂和等離子體湍流–但真正的奧秘在於，這些令人眼花撩亂的現像是否有更深層的隱藏秩序。

位於銀河系中心的超大質量黑洞正在上演一場不可預測的精彩表演。由西北大學領導的天文物理學家小組利用美國國家航空暨太空總署的詹姆斯-韋伯太空望遠鏡（JWST），對銀河系中心的神秘空洞進行了迄今為止最詳細、最深入的觀測。

他們的觀測結果表明，銀河系的中心黑洞人馬座A* 正在不停地發射耀斑–從未間斷過。 其中一些耀斑表現為短暫、微弱的閃爍，持續時間只有幾秒鐘，而另一些耀斑則是每天爆發的強光。 即使是更微妙的變化，也會持續數月之久。 這種無情的活動跨越了巨大的時間範圍，從快速閃爍到長時間持續爆發。

美國西北大學的天文物理學家利用美國國家航空暨太空總署（NASA）的詹姆斯-韋伯太空望遠鏡（James Webb Space Telescope），對銀河系中心的超大質量黑洞進行了迄今為止最長、最詳細的觀察。 他們發現這個黑洞的吸積盤不斷發射耀斑，沒有休息時間。 這段影片顯示的是2024 年4 月7 日拍攝的2.1 微米數據。 資料來源：Farhad Yusef-Zadeh/西北大學

這些發現可以為了解黑洞的本質、黑洞與周圍環境的相互作用以及影響銀河系演化的力量提供至關重要的啟示。這項研究將於今天（2月18日）發表在《天文物理學雜誌通訊》。

領導這項研究的西北大學法哈德-尤瑟夫-扎德（Farhad Yusef-Zadeh）說：”耀斑預計基本上會發生在所有超大質量黑洞中，但我們的黑洞是獨一無二的。它持續活動，似乎從未達到穩定狀態。在 2023 年和2024 年期間，我們對這個黑洞進行了多次觀測，這真的是多次觀察不成的變化。

Yusef-Zadeh是研究銀河中心的專家，也是西北大學溫伯格藝術與科學學院的物理學和天文學教授。 國際團隊的共同作者包括太空望遠鏡科學研究所的霍華德-布肖斯（Howard Bushouse）、美國國家航空航天局的理查德-阿倫特（Richard G. Arendt）、澳大利亞麥考瑞大學的馬克-沃德爾（Mark Wardle）、哈佛大學與史密森學院的約瑟夫-米歇爾（Joseph Michail）以及美國國家射電天文台的克萊爾-錢德勒（ Chandler）。

為了進行這項研究，Yusef-Zadeh和他的團隊使用了JWST的近紅外線相機（NIRCam），該相機可以長時間同時觀測兩種紅外線顏色。 利用此影像工具，研究人員對人馬座A*進行了長達48小時的觀測–以8到10小時為單位，時間跨度為一年。 這使得科學家能夠追蹤黑洞隨著時間的推移而發生了怎樣的變化。

雖然尤瑟夫-扎德預計會看到耀斑，但人馬座A*比他預想的還要活躍。 簡單來說：觀測結果顯示，焰火的亮度和持續時間各不相同。 黑洞周圍的吸積盤每天產生五到六次大耀斑，中間還夾雜著幾次小的次耀斑。

儘管天文物理學家還不完全清楚其中的過程，但尤瑟夫-扎德懷疑短脈衝串和較長的耀斑是由兩個不同的過程造成的。 如果吸積盤是一條河流，那麼短而微弱的閃爍就像是河面上隨機波動的小漣漪。 而更長、更亮的耀斑則更像潮汐，是由更重大的事件引起的。吸積盤內的微小擾動可能會產生微弱的閃爍。 具體來說，吸積盤內的湍流波動會壓縮等離子體（一種帶電的高溫氣體），造成短暫的輻射爆發。 尤瑟夫-札德把這種​​現像比喻為太陽耀斑。

他解釋說：”這類似於太陽磁場聚集、壓縮然後爆發太陽耀斑的過程。 當然，這個過程更為劇烈，因為黑洞周圍的環境能量更高，也更極端。 但是，太陽表面也同樣活動頻繁。”

Yusef-Zadeh將大而明亮的耀斑歸因於磁重聯事件–這是兩個磁場碰撞的過程，以加速粒子的形式釋放能量。 這些粒子以接近光速的速度飛行，發出耀眼的輻射脈衝。磁重聯事件就像靜電火花，從某種意義上說，這也是一種’電重聯’。

由於JWST 的NIRCam 可以同時觀測兩個不同的波長（2.1 和4.8 微米），因此Yusef-Zadeh 和他的合作者能夠比較耀斑亮度隨每個波長的變化。 尤瑟夫-扎德說，捕捉兩種波長的光就像是”用彩色而不是黑白來觀察”。 透過多種波長觀測人馬座A*，他捕捉了其行為的更完整、更細微的圖像。

然而，研究人員再次遇到了驚喜。 他們意外地發現，在較短波長下觀測到的事件，其亮度比在較長波長下觀測到的事件稍早變化。

“這是我們第一次在這些波長的測量中看到時間延遲，”Yusef-Zadeh 說。 “我們用NIRCam同時觀測了這些波長，注意到較長的波長比較短的波長滯後很小的量–也許幾秒到40秒。”

這種時間延遲為黑洞周圍發生的物理過程提供了更多線索。 一種解釋是，粒子在耀斑過程中會損失能量–較短波長的粒子比較長波長的粒子損失能量更快。 對於圍繞磁場線旋轉的粒子來說，這種變化是意料之中的。

為了進一步探索這些問題，Yusef-Zadeh 希望利用JWST 對人馬座A* 進行更長時間的觀測。 他最近提交了一份對該黑洞進行24小時不間斷觀測的提案。 更長時間的觀測將有助於減少噪音，使研究人員能夠看到更精細的細節。

Yusef-Zadeh說：”觀察如此微弱的耀斑事件時必須與噪音競爭。如果我們能觀測24 小時，那麼我們就能減少噪音，看到以前無法看到的特徵。我們還能看到這些耀斑是否呈現週期性（或重複出現），或者它們是否真的是隨機的。”