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黑洞与巨型恒星相撞会怎样？答案很可怕

天文online

05-03 22:29 来自北京

⚠️ 黑洞撞上巨型恒星会怎样？后果很恐怖

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当黑洞与巨型恒星相撞时会发生什么？答案令人恐惧

数十年来，黑洞喷流的真正能量一直是天文学中最棘手的谜团之一。通过分析18年的数据和覆盖全球的望远镜网络，科学家们已解开这一谜团，他们的发现可能会改写我们对宇宙本身的理解。

摄图网

天文学家记录了距离地球7000光年的一个黑洞的舞动喷流，并以前所未有的精度测定了其能量输出。这些测量结果证实了长期以来支撑星系形成与演化大规模模拟的假设。

利用覆盖全球的射电望远镜网络，一个国际研究团队首次对黑洞喷流携带的能量进行了直接、即时的测量，发现这些喷流释放的能量相当于10000颗太阳的总输出。

恒星风如何解锁了测量

发表在《自然天文学》上的这项研究聚焦于天鹅座X1——一个包含首个被确认的黑洞和一颗邻近超巨星伴星的双星系统。当黑洞绕恒星运行时，恒星强大的星风（其物质抛射速率约为太阳的1亿倍）会对黑洞持续喷射的喷流施加横向力。这导致喷流向远离恒星的方向弯曲约两度，就像风扭曲喷泉喷出的水流一样。

通过测量来自甚长基线阵列（VLBA）和欧洲甚长基线干涉测量网络（EVN）的档案射电成像数据中的精确偏转程度，研究人员能够反向推算出喷流的功率。根据科廷大学的合著者詹姆斯米勒琼斯教授的说法，了解风的强度意味着团队可以计算它对喷流施加的力，进而推导出这些喷流在任何特定时刻携带的能量。

这种方法解决了一个长期存在的局限性。此前的方法通过观察喷流如何在周围气体中膨胀形成大气泡来估算喷流功率，这一过程会将能量输出平均到数千年甚至数百万年。这种时间平均的数值无法与黑洞吸积率的实时X射线测量结果进行有意义的比较，因为这两个量反映的是系统历史中完全不同的时期。

相比之下，这项新技术能产生即时读数，同时记录黑洞吞噬的物质和喷射出的物质。研究团队还确定，喷流的速度约为每秒15万公里，大致是光速的一半——这个数值几十年来一直让研究人员难以确定。

黑洞喷流的奇妙物理学

证实星系形成模型的核心假设

该研究的主要作者史蒂夫普拉布博士（曾任职于科廷射电天文学研究所，现就职于牛津大学）指出，这项研究证实了一个关键数据：当物质落入黑洞时释放的能量中，约有10％是通过喷流带走的。虽然这一比例在宇宙结构形成的大规模模拟中一直是标准假设，但此前从未通过直接观测得到验证。

这一确认的意义重大。星系中心的超大质量黑洞会产生喷流，将能量、等离子体和磁场注入周围空间，这一过程被称为反馈。这种反馈会调节恒星形成、影响气体分布，并塑造星系在数十亿年间的演化方式。模拟这些动力学过程的模型不得不将喷流效率视为自由参数，通过调整该参数来使结果与观测到的星系特性相匹配。研究团队表示，这项新测量结果为这些模型奠定了更坚实的经验基础。

对天鹅座X1喷流在整个双星轨道期间的高分辨率成像。《自然天文学》

MillerJones教授指出了该结果更广泛的适用性。由于支配黑洞的物理学被认为具有尺度不变性，即无论黑洞质量是太阳的5倍还是50亿倍，相同的原理都适用，因此天鹅座X1的测量结果可以作为校准全范围黑洞质量下喷流功率估计的锚点。

像正在澳大利亚西部和南非建设的平方公里阵列天文台这样的设施，天文学家预计能探测到数百万个遥远星系中黑洞产生的喷流。拥有可靠的参考测量数据将有助于解读这些未来的观测结果。这项研究得到了巴塞罗那大学、威斯康星大学麦迪逊分校、莱斯布里奇大学以及空间科学研究所的参与。