深邃又浪漫，人类或许目击了黑洞的复苏

出品：科普我国

作者：李臻臻（我国科学院上海地理台）、时雪草（上海科技教育出版社）

监制：我国科普饱览

编者按：为拓宽认知鸿沟，科普我国前沿科技项目推出“不知道之境”系列文章，纵览深空、深地、深海等范畴打破极限的探究效果。让咱们一同走进科学发现之旅，知道令人惊叹的国际。

前段时刻，来自欧洲南边地理台和智利千禧天体物理研讨所的地理学家报导，人类或许初次观测到星系中心超大质量黑洞的“复苏”进程。

这个超大质量黑洞坐落处女座上一个椭圆星系（SDSS 1335+0728）的中心，间隔地球3亿光年，质量相当于100万个太阳。在此前几十年的观测中，它一向处于安静的休眠状况。从2019年12月开端，它变得反常活泼，并一向持续到现在。该发现以“SDSS 1335+0728：一个百万倍黑洞质量的复苏”为标题，刊登在《地理与天体物理学》科学杂志上。

SDSS 1335+0728星系中心亮堂起来

（图片来历：European Southern Observatory）

黑洞是什么？

黑洞是世界中极点引力的产品。‌有质量的物体遍及对外界存在着一种招引的力气，即万有引力。大质量的天体经过本身强壮的引力，能够将周围的物体捆绑在其邻近。物体若要逃脱该天体的引力捆绑，就需求具有更大的速度。例如，在地球表面发射一枚火箭，当火箭的速度超越每秒11.2公里，就能够脱节地球的引力捆绑进入太空中。天体对周围发生的引力越强，要脱离它所需求的速度就越大。

假如一个天体的引力满足强壮，以致于连世界中运动速度最快的光都无法从中逃离出来，就会被称为黑洞。

要发生这样强的引力效应，需求天体的质量很大而半径很小。在咱们的世界中，一些大质量的恒星经过演化，终究就会坍缩成一个黑洞，这种黑洞的质量一般是太阳质量的几倍到几十倍。而在星系的中心，一般还存在着一个百万到百亿倍太阳质量的超大质量黑洞。这次地理学家研讨的便是在一个星系中心的超大质量黑洞。

黑洞概念图

（图片源自：uchicago news）

已然黑洞里的光无法逃逸出来，那么咱们怎样知道它的存在呢？的确，黑洞本身是无法被咱们直接看到的，但黑洞对外界发生的强壮引力却会露出它的存在。经过盯梢黑洞对外界发生的影响，人们仍然能够捕获到黑洞的踪影。例如，取得2020年诺贝尔物理学奖的一项科学效果，便是监测到银河系中心区域的许多恒星都在围绕着中心一个方位绕转，并由此推算出那里应该存在一个质量很大的黑洞。

银河系中心区域的恒星围绕着中心一点绕转

（图片来历：参考文献2）

黑洞的“休眠”与“复苏”

围绕着这种大质量黑洞旋转的恒星，假如没有遭到其他搅扰，它的角动量一般不会丢失。物体绕转发生的向外的离心力，反抗了黑洞向内的引力，然后到达平衡，物体就不会掉入黑洞。这与月球重复绕地球旋转而不会掉入地球是相同的道理。在这种情况下，黑洞与周围的物质坚持风平浪静，黑洞周围是一片安静的状况。从观测者视角看，此刻的黑洞像是处在休眠状况。

当星系核区的物质遭到某种搅扰丢失了角动量，由于向外的离心力减小，无法反抗黑洞向内的引力，物质会落入黑洞。在下落进程，这些物质会构成一个盘状结构。盘中的物质一边绕黑洞快速旋转，一边逐渐落入黑洞中。这个进程被称为吸积。

物质掉落到黑洞的进程中，会开释巨大的引力能，并终究经过各种能量方式辐射到世界空间中。这个进程所辐射的巨大能量，乃至能够超越整个星系一切恒星辐射的总和，使得星系的中心十分的亮堂。此刻的黑洞，正处在吞噬周围物质的活泼状况。

星系中心黑洞吞噬周围外界物质，并神往开释能量

（图片来历：Shasthra Snehi）

现在，休眠和活泼这两种状况的黑洞，都已被很多观测到。可是，这两种状况的切换进程还没有被清晰观测到。

SDSS 1335+0728带来的新发现

2019年12月，地理学家初次发现SDSS 1335+0728的中心区域十分亮堂。起先，他们认为那仅仅一个一般的处于活泼状况的超大质量黑洞的吸积现象。但是，回顾过去20年对它的长时刻观测数据，都没有发现它活泼的痕迹。也便是说，这个超大质量黑洞在过往一向是休眠状况，直到近些年才开端活泼。

从2019年之后，SDSS 1335+0728一向坚持着活泼黑洞的辐射特征，发生很强的高能X射线、紫外线辐射，以及很强的红外波段的辐射。关于这一不同寻常的现象，地理学家企图给出合理的解说，现在或许性较大的解说有下面两种。

一次对恒星的吞噬？

当一颗恒星运转到间隔星系中心黑洞过近的方位时，会被黑洞的强壮引力撕裂、拉伸成细长的“面条”结构，逐渐掉落到黑洞中。这个进程一般伴跟着时刻短的能量开释，使得本来沉寂的星系中心会由此忽然变亮。这种地理现象一般被称为潮汐分裂事情。之所以这样命名，是由于这一进程的原理和咱们地球上海水的潮汐现象相似。

咱们知道，引力的巨细跟着间隔的增大而减小。地球上不同方位的海水到月球的间隔不同，间隔月球较近的海水遭到的引力较大，而间隔月球较远的海水遭到的引力较小。这种引力差，导致整个海洋发生形变，引发海水涨落，然后呈现咱们所看到的潮汐现象。

相同地，黑洞邻近的恒星，其不同方位遭到的黑洞引力巨细也不相同。恒星间隔黑洞越近，这种引力差就越显着。当恒星过于接近黑洞时，强壮的引力差能够超越恒星本身的捆绑力，然后将恒星撕裂开来。被撕裂的恒星物质逐渐落入黑洞，并宣布激烈的辐射。若此刻进行观测，会发现星系中心杰出变亮。

超大质量黑洞撕裂恒星的潮汐分裂进程

（图片来历：HubPages）

近些年，潮汐分裂事情现已在地理观测中被屡次发现。那么，此次星系中心的反常变亮现象，能否用这样的潮汐分裂事情来解说呢？

地理学家剖析发现，它在几个方面并不契合一个典型的潮汐分裂事情的特征。比方,潮汐分裂事情所发生的亮度改变一般只持续几十天，最多几百天。而这次的星系中心区域直到现在还在变亮，间隔第一次发现现已超越4年了。

当然，由于现在人们对潮汐分裂事情了解得还不行清楚，咱们还不能完全扫除这一或许性。或许，这是一次反常缓慢的潮汐分裂事情。例如，被黑洞撕裂的不是一颗恒星，而是邻近一个较小的卫星星系。假如这的确是一次潮汐分裂事情，那么它会是人类所知的持续时刻最长、亮度最弱小的潮汐分裂事情。

有幸目击了黑洞的复苏？

本次观测到的SDSS 1335+0728的特性，和其他正处在活泼状况的星系核并无太大的差异。加利福尼亚理工学院地理系的研讨教授马修·格雷汉姆猜想，或许这个星系就没有什么特殊性，咱们仅仅恰巧捕捉到了一个特别的时刻。

世界中星系的中心一般都存在着一个超大质量的黑洞。经过观测发现，有些星系中心的黑洞处于安静状况，有些则是处于活泼状况。计算成果显现，活泼状况黑洞的数量远少于安静状况的黑洞。这意味着黑洞处于活泼状况的时刻只占少部分。

假如把星系中心的超大质量黑洞比作一只巨兽，那么这只巨兽在大部分时刻里处于没有食物可吃的休眠状况，而只要少部分时刻处于捕食进餐的活泼阶段。当食物被吃光消化后，它再次康复到安静状况。

假如星系中心的黑洞都要阅历一次或屡次从安静状况进入活泼状况，再回到安静状况的周期转化，那么这些状况的转化进程，为什么没有被人们广泛观测到呢？这是由于黑洞某个状况所持续的时刻（典型时标在百万年），相关于人类有限的现代地理观测前史（缺乏百年）来说是十分绵长的。或者说，人类现在的观测只能目击整个黑洞演化进程中某个时刻短的瞬间。

只要当这个瞬间刚好对应于黑洞从休眠状况向活泼状况刚刚发动的时刻，咱们才有时机目击黑洞的复苏。在这个时刻节点邻近观测，咱们有限的观测前史，既能够掩盖到黑洞的休眠阶段，又能掩盖到黑洞的活泼阶段。而这样的关键时刻自然是不容易碰到的，这或许便是之前一向没有被人们看到的原因。

结语

现在，地理学家仍然在持续重视这个超大质量黑洞，预备使用詹姆斯·韦布空间望远镜对它进行更深化的后续观测研讨，以完全澄清它反常活泼的原因。这将有助于猜测未来它将重归安静仍是持续活泼，并加深咱们对星系中心超大质量黑洞的成长和演化进程的知道。

参考文献：

1. Sánchez-Sáez et al. (2024); SDSS1335+0728: The awakening of a ∼106M⊙ black hole

2. Genzel, Eisenhauer & Gillessen (2010); The Galactic Center massive black hole and nuclear star cluster