黑洞你了解多少，并非“只进不出”？黑洞“进食”时会发生什么？

东边是黄海

我们通常认为黑洞是一个单向阀门，会消耗掉一切所遇到的东西。但是它们也是也是强大的引擎，能发射辐射并将高能喷射物送向宇宙。

在发表于《自然》杂志的研究中，我们观察了附近一个黑洞的喷射物，该黑洞正在“吞噬”其轨道上的伴星。

尽管明亮黑洞的爆发在过去就曾被研究，但这个黑洞的行为前所未见。

所以这个黑洞特别在何处？为了回答这个问题，我们需要研究当物体落向黑洞时会发生什么。

能量的释放

日常的经验告诉我们，在地球上，岩石从悬崖坠落时将会加速，因为他的重力势能会转化为运动的动能。

相似地，随着气体落向黑洞，引力能的释放可以为宇宙中一些最引人注目的现象提供动力。

正在下落的气体在一个叫做吸积盘的薄圆盘中绕着黑洞旋转，吸积盘的内部区域变得非常热，并放出X射线辐射。

靠近黑洞的强磁场有助于产生能量和物质窄束，被称为喷流。这些喷流以接近光速的速度离开黑洞。

我们似乎在宇宙中任何有物质流入中心物体(如黑洞)的地方都可以见到喷流。但是我们还没有明白流入的气体和射出的喷流之间联系的本质。

黑洞的“疯狂进食”

2015年6月，我们有一个很好的机会来研究这一环节。它发生在天鹅座内一个名为天鹅座V404双星系统(两个受引力束缚在一起的物体)中一个黑洞异常明亮的爆发期间，距离地球约7800光年。

这个双星系统包括一个黑洞（约为太阳质量的9倍）和一颗普通恒星(大约是太阳质量的70%)，轨道周期6.5天。这颗恒星足够大，它的外层被黑洞引力捕获。

图解：天鹅座V404双星系统艺术效果图

2015年爆发期间，这个黑洞进食速度极快，每秒产生的能量比太阳3天释放的还多。

全世界的天文学家都对这次爆发进行了望远镜观测，提供了从无线电波到X射线涵盖整个电磁光谱的数据。

我们的团队使用美国国家科学基金会(National Science Foundation)的超长基线阵列(VLBA)，重点研究了喷流喷出的明亮的无线电辐射。这是一个大陆大小的阵列，由10个25米宽的射电抛物面天线组成，分布在从夏威夷到维尔京群岛的美国各地。

这使我们能够拍摄到喷流的详细图像，并将其放大到一个与太阳系大小大致相同的区域。这相当于从珀斯看悉尼的一枚一美元硬币。

通常，绘制射电图像需将一次观测的所有数据结合在一起。但黑洞喷流变化极快，以至于我们只能看到一片模糊——就好像我们正试图以一秒的快门速度拍摄瀑布的照片。

为了了解发生了什么，我们不得不将数据分解成更短的图像，每个图像仅由70秒的数据组成。

快速摇摆喷流

这使我们能够在长达4小时的观测过程中追踪喷流的运动。

但是我们的研究显示出了一些意想不到的东西。喷流方向并不是沿着相同通道运动的，而是随时间迅速改变的。

在以往少数喷流方向改变的系统中，这一过程相对缓慢，时间跨度为几个月。在天鹅座V404中，喷流方向在小时、甚至是分钟的时间跨度上发生变化。

由我们的高分辨率射电图像拍摄的影片显示，喷流沿着不同的方向远离黑洞。

对于这一快速改变，我们最佳的解释是，这些喷流由旋转黑洞周围的一个摇摆不定的内部吸积流引导，从而改变方向。

在明亮的爆发期间，来自黑洞的强烈辐射导致吸积盘内部数千公里膨胀成一个甜甜圈状的结构。

根据爱因斯坦的广义相对论，旋转黑洞拖着时空（即宇宙的基本结构）一起旋转。

如果双星轨道与黑洞自转轴没有对齐，这个框架拖动将会造成膨胀的内盘进动——像一个正在减速的陀螺一样摇摆。我们认为，内盘进动是改变喷流方向的原因。

天鹅座V404中的进动喷流和吸积流动画。旋转的黑洞拖动周围的时空（绿色网格线），导致内盘像陀螺一样进动，从而使喷流转向。

为了产生一个进动的吸积盘，双星轨道的平面必须不与黑洞自转对齐。当超新星爆炸形成黑洞时，就会发生这种情况。

爆炸给了这个系统一个冲击，把它推离了原来的位置。我们认为类似的喷流进动可能发生在旋转黑洞从没有对齐的吸积盘上快速进食这段时间的任何时候。

对其他恒星质量黑洞的X射线观测表明，这种失调很可能是常见的。其他不协调的情况可能包括潮汐破坏事件等现象。在失调情况下，超大质量黑洞的巨大引力可以撕碎一颗靠得太近的恒星，并以由此产生的碎片为食。

参考资料

1.WJ百科全书

2.天文学名词

3. James Miller Jones-·__·-inverse

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原文地址：今日头条