（圖片來源：João Queirós/stock.adobe.com）
黑洞吞噬物質的過程並非悄無聲息，有時恆星被強大引力撕裂，黑洞周圍會出現猛烈的物質外流，甚至向太空射出強大的噴流。天文學家近期發現，從質量為太陽十倍的恆星級黑洞到質量是太陽數百萬倍的超大質量黑洞，可能都遵循著同一條隱藏規律。
據《科學日報》報導，這項發現由普林斯頓高等研究院自然科學學院成員安德魯·穆默里與西澳大利亞科廷大學國際射電天文學研究中心研究員阿黛爾·古德溫共同完成，研究成果刊登於《自然・天文學》。
恆星遭撕裂黑洞迎來劇烈變化
黑洞常被形容為宇宙中的吸塵器，這個比喻並不能完整呈現它們吞噬物質時的情況。當一顆恆星過度接近超大質量黑洞，強大的引力可能將它撕裂，形成天文學家所稱的「潮汐瓦解事件」。
恆星被撕碎後，並非所有物質都會直接落入黑洞。一部分物質朝黑洞墜落，另外有大量物質被猛烈地向外拋射，形成強大的外流。這些物質能被帶往遙遠的太空，對所在星系造成顯著影響。
對天文學家而言，潮汐瓦解事件提供了一個難得的觀察窗口。超大質量黑洞周圍的變化，平時可能需要數千年，甚至數百萬年才逐漸顯現，但如果是恆星突然被撕裂，大量物質湧入黑洞周圍，相關的吞噬過程可能在短短數年內發生，讓研究人員得以在相對有限的時間裡追蹤變化。
研究共同作者安德魯表示，團隊想解開的謎題之一是為什麼有些超大質量黑洞在恆星遭撕裂後，幾乎立刻會產生無線電噴流；另一些卻在數月、數年後，才突然啟動噴流。
兩個時期 噴流接連登場
為了尋找答案，研究團隊整合來自美國、澳洲、印度、南非及太空望遠鏡的觀測資料，涵蓋可見光、紫外線、X射線與無線電波等不同波段。研究人員先檢視了20次潮汐瓦解事件，再從中挑選出10個品質較高的案例，以便較可靠地判斷黑洞的吞噬速率，以及電波外流出現的時間。
分析結果顯示，黑洞噴流的形成可能有兩個截然不同的時期。第一個時期出現在事件早期，此時黑洞正以極高的速率吞噬物質，噴流可能很快會出現。第二個時期來得較晚，通常是在恆星最初被撕裂後數百至數千天，黑洞的吞噬速率已經明顯下降時。
研究發現，這個較晚的階段有一個值得注意的數字，黑洞的吸積率降至愛丁頓極限的2%。愛丁頓極限描述的是輻射向外的壓力與重力向內的拉力達到平衡時，物質吸積涉及的重要尺度。研究團隊注意到，這個2%的門檻，過去已在銀河系內質量小得多的黑洞噴流現象中出現。
如今，在超大質量黑洞的觀測資料中也找到相同的數值，讓研究人員看見一個跨越巨大質量差異的共同特徵。
從小黑洞到巨型黑洞可能共享同一規律
天文學家長期懷疑，不同質量的黑洞可能遵循相同的基本物理規律，但要直接驗證並不容易。超大質量黑洞的變化尺度極長，使得研究人員難以在短時間內觀察完整過程，潮汐瓦解事件讓這項研究有了不同的切入點。當恆星被撕裂，黑洞周圍的吸積過程能在數年內發展，研究人員得以觀察原本難以即時追蹤的變化。
這項研究的關鍵想法，據報導源於一場在馬德里舉行的天文物理學會議。當時安德魯與阿黛爾在酒吧交談，意識到過去用來描述較小黑洞噴流的規律，或許也能套用在超大質量黑洞身上，後續觀測分析為這個想法提供了支持。
黑洞噴流不僅是宇宙中醒目的高能現象，也為天文學家提供研究黑洞周遭環境的線索。若能更準確地預測延遲噴流何時可能出現，研究人員就有機會更有效地安排觀測，增加捕捉短暫事件的機率。
從一顆被撕裂的恆星，到數百、數千天後再度出現的噴流，黑洞的活動呈現出遠比「吞噬」更複雜的面貌。這項研究揭示的共同門檻或許將成為天文學家追蹤黑洞噴流的一把新鑰匙。
責任編輯:星躍
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