超大质量黑洞心跳 黑洞心跳是什么

在太空里，总有一些新奇的东西等待科学家们来探索与发现，就在近期，超大质量黑洞心跳被天文学家发现了，研究人员表示它的心跳信号很美妙。那么接下来，我们一起来了解一下黑洞心跳。

【超大质量黑洞心跳被发现】

十几年前，天文学家首次发现来自一个超大质量黑洞的X射线准周期震荡信号——“黑洞的心跳”。十几年后，当天文学家再次有机会观测这个黑洞时，发现这个信号仍在持续。这项研究工作由**天文台高能天体物理团组主导，合作者包括英国杜伦大学研究团队，相关成果6月10日发表于《英国皇家天文学会月刊》。

这个特殊的黑洞被命名为RE J1034+396，是一个距离地球6亿光年，具有2百万个太阳质量的超大质量黑洞。

2007年，科学家们利用欧洲宇航局的XMM-牛顿卫星，首次发现这个黑洞的X射线辐射具有一小时左右的周期性震荡信号。2011年以后，由于该黑洞的视线方向离太阳太近，对其心跳信号的监测也停止了。直到2018年，科学家们再次有机会对这个黑洞开展观测。研究团队向欧洲宇航局和美国宇航局申请使用XMM-牛顿卫星、“核光谱望远镜阵列”卫星和“雨燕”卫星，对RE J1034+396开展联合观测，并于2018年10月顺利完成了所有观测任务。经过详细的数据分析，该团队最终确认，RE J1034+396的X射线震荡信号仍然存在，并且比10年前更强了！这是目前观测到的超大质量黑洞心跳信号的最长持续时间。

宇宙中存在大量的具有百万至上亿个太阳质量的黑洞。

电影《星际穿越》里的“卡刚图雅”黑洞就是这样一个大黑洞。漂浮在星际空间中的物质会被黑洞的引力所俘获，在逐渐落入黑洞的过程中，会形成一个圆盘状的结构，并在黑洞周围很小的空间里释放大量的能量，从而产生很强的高能辐射，比如X射线。不过，这种高能辐射的周期性重复信号却极少被发现。这种信号的周期携带了关于黑洞视界附近的物质尺度和结构的关键信息。

据了解，目前已知的一个能够产生类似心跳信号的黑洞，是一个位于银河系旋臂内，被称为GRS 1915+105的小黑洞。

该黑洞的质量仅为12个太阳质量，正快速地从其旁边的一颗恒星吸收物质，并以67赫兹左右的“心率”产生X射线心跳信号。通过简单的质量对比，科学家们估算了RE J1034+396的“理论心率”，发现和“实测心率”很一致。

论文第一作者兼通讯作者金驰川研究员表示：“这个心跳信号非常美秒！它首次证明来自超大质量黑洞的这类周期性信号可以长期保持稳定，并为我们提供了深入研究其物理机制和起源的重要线索和绝佳机会。RE J1034+396也可以成为我国下一代X射线天文卫星，比如爱因斯坦探针等卫星的重要观测目标之一。

目前，该研究团队正对多颗卫星的数据进行深入分析，以期对该心跳信号的性质有更多了解，并与银河系内的小质量黑洞作对比，从而获得对黑洞视界附近的物理过程的更深刻理解。

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【黑洞竟然也有“心跳”？探寻夜空中暗藏的节律】

2019年4月10日，第一张黑洞照片公布，人类第一次直观地观察黑洞。“上镜”的是一颗超大质量黑洞，位于位于椭圆星系M87核心，约70亿倍太阳质量。

这张照片是根据 EHT （事件视界望远镜）于2017年4月连续10天的观测数据，经过2年的数据处理，发布的第一张黑洞的直接影像。

由于观测是由EHT使用肉眼看不见的电磁波进行，因此图像的颜色是假色。

早在2007年，科学家们利用欧洲宇航局的“XMM-牛顿”卫星，首次发现命名为“RE J1034+396”的黑洞，其X射线辐射具有一小时左右的 周期性震荡信号 。后因观测路径被太阳阻隔，信号中断。

时隔11年后的2018年，科学家们使用“XMM-牛顿”卫星、“核光谱望远镜阵列（NuSTAR）”卫星和“雨燕（Swift）”卫星，再次对此黑洞开展联合观测，发现其X射线震荡信号仍然存在，而且比以前更强了。

科学家将这个震荡信号形象的称作黑洞的“心跳”，是黑洞观测的有效手段。

黑洞的“心跳”和我们理解的心跳完全是两回事。

黑洞是由质量足够大的恒星在核聚变反应的燃料耗尽而死亡后，发生引力坍缩产生的。

黑洞的引力很大，大到连光都无法逃脱。强大的引力无时无刻在吸引周围的物质向黑洞靠近，最终被黑洞吸收。

黑洞的形成

来源｜Pinterest

物质在逐渐落入黑洞的过程中，会形成一个圆盘状的结构（吸积盘），并在黑洞周围很小的空间里释放大量的能量，同时伴有节奏性及周期性震荡信号，就仿佛是心跳一样。

黑洞的“心跳”，携带有关于黑洞视界附近的物质尺度和结构等关键信息，有助于科学家了解其体积大小，以及其周围空间的更多信息。

既然黑洞是一种引力极其强大的天体，连光线都不能逃逸，又不发射任何电磁波，如何观察呢？

我们先来看看黑洞的构造。

目前，黑洞本身是不可直接观测，但是科学家可以通过观察黑洞周围的天体来判断黑洞的存在。

一般而言，通过各种波段的X光、红外线和无线电波，来进行“喷流”的观察；而“吸积盘”的观察，则通过X光、紫外线和可见光。

透过不同波段的光线所携带的信息，可以让科学家研究黑洞的系统，现在科学家们使用 “多波段的望远镜” 来进行黑洞观测。黑洞“心跳”的观察，就属于间接观察黑洞的手段之一。

由于黑洞引力很大，科学家还可以通过黑洞与周围环境的引力相互作用来推断黑洞的存在。

广义相对论认为宇宙空间、时间和引力存在相互作用，像黑洞这样大质量天体能够扭曲其周围的空间，影响周围恒星的运行轨迹。

如果黑洞和某颗恒星构成双星系统，在黑洞引力作用下，恒星的气团不断流入黑洞，骤然激起的高温会导致多种波段的射线产生，此时，科学家可以通过对恒星运行轨迹和吸积盘的观察间接发现黑洞存在。

最终，恒星消失，恒星物质环绕黑洞。

2019年4月发布的第一张黑洞照片，显示的就是这一现象。

如果两个黑洞构成双星系统，那么这两个黑洞将在“相亲相杀”中最终融合成一个新的黑洞，黑洞的合并会发射强烈的 引力波 ，可以作为科学家判断黑洞存在的证据。

2015年9月14日，科学家在 LIGO引力波天文台 首次成功直接观测了引力波，此次观测也为黑洞双星的存在提供了第一个观测证据。

新的黑洞会因后坐力脱离原本在星系核心的位置。如果速度够快，它甚至有可能脱离星系母体。

观察黑洞对理论物理的发展具有极大的推动作用。按照概率推算，过去100亿年，银河系应该诞生 100万个恒星级黑洞 ，但已经被发现的黑洞数量仅为两位数。

随着科学技术的发展，观察仪器设备的提升，越来越多的黑洞将会被发现，你有没有想去发现一个呢？

【动科普｜听，来自黑洞的“美妙心跳”】

十几年前，天文学家们首次观测到了来自一个超大质量黑洞的X射线准周期震荡信号；十几年后，当天文学家们再次有机会观测这个黑洞时，惊喜地发现这个信号仍在持续！

这个特殊的黑洞名为REJ1034+396，是一个距离地球6亿光年，具有2百万个太阳质量的超大质量黑洞。2007年，天文学家们首次发现这个黑洞的X射线辐射里存在一个一小时左右的周期性震荡信号。2011年后，由于该黑洞的视线方向离太阳太近，导致卫星无法持续观测，天文学家们不得不停止对其心跳信号的监测。

直到2018年，天文学家们使用XMM-牛顿卫星、“核光谱望远镜阵列(NuSTAR)”卫星和“雨燕(Swift)”卫星重启了对这个黑洞的联合观测。

结果表明，RE J1034+396的X射线震荡信号仍然存在，并且比10年前更强！

这是目前观测到的持续时间最长的超大质量黑洞的心跳信号，首次证明了来自超大质量黑洞的这类周期性信号可以长期保持稳定。科学家们猜测它源自黑洞视界附近高温物质的周期性结构变化过程。

目前已知的一个能够产生类似心跳信号的黑洞，是一个位于银河系旋臂内，被称为GRS 1915+105的小黑洞。不过，它的质量仅为12个太阳质量，正快速地从其旁边的一颗恒星吸收物质，并以67赫兹左右的“心率”产生X射线心跳信号。对比研究发现，尽管有数十万倍质量和大小的差别，两个黑洞却能在一些特殊行为上表现高度相似。

实际上，宇宙中存在大量具有几十万至上百亿个太阳质量的黑洞，漂浮在星际空间中的物质会被黑洞引力所俘获。

在逐渐落入黑洞的过程中，会形成一个圆盘状的结构，并在黑洞周围很小的空间里释放大量的能量，产生很强的X射线辐射。这种X射线辐射的周期性重复信号，携带了关于黑洞视界附近的物质尺度和结构的关键信息，具有极高的研究价值，却极少被发现。

也REJ1034+396为天文学家们提供了深入研究该心跳信号的物理机制和起源的重要线索和绝佳机会。这个黑洞也可以成为我国下一代X射线天文卫星的重要观测目标之一。