黑洞遥控点亮100光年外云块：中国科学家发现神秘“心跳”

相隔100光年，一个黑洞和一团气体云“锁”了。前者射出的喷流和后者释放出的伽玛射线保持节奏一致。

来自德国电子同步加速器中心(DESY)、西班牙空间科学研究所和南京大学等机构的研究人员近日在《自然-天文学》（Nature Astronomy）上发表论文，报告了这种令人惊奇的远程关联，题为《微类星体SS 433驱动的伽玛射线心跳》。

论文的第一作者兼通讯作者、DESY洪堡学者李剑博士在接受澎湃新闻专访时表示，这种神秘“遥控”机制还需要更多的后续观测和理论分析。他相信，在未来数年里，SS 433是个检验微类星体附近宇宙射线产生和传播理论的试验田。

宇宙中的“粒子加速器”

类星体是1960年代的四大天文发现之一，它的尺度远小于星系，亮度却奇大无比。后来，科学家们发现类星体的中心通常是一个质量动辄达到数百倍太阳的超大质量黑洞，在吞噬周围物质的过程中形成高能喷流。

而微类星体顾名思义，是微缩版本的类星体。以该研究中的SS 433为例，它由一个10到20倍太阳质量的恒星级黑洞，和一颗约30倍太阳质量的恒星构成。两者以13天为周期，互相旋转共舞，过程中恒星物质源源不断地被黑洞吸走。

微类星体SS 433和100光年外的气体云“锁”了 来源：DESY

“物质掉进黑洞前会形成一个旋转的吸积盘，就像水在下水道口会形成漩涡。”李剑说道。“然而，其中一部分物质没有掉进下水道，反而高速喷出，在吸积盘的两面形成两股方向相反的喷流。”

这类微类星体犹如宇宙中的天然粒子加速器，高能粒子喷流在黑洞附近的强磁场下会产生从射电波段到伽玛射线的多波段辐射。

100光年外的遥相呼应

李剑从2014年起寻找微类星体附近的伽玛射线。他和合作者选中了SS 433这个独特系统。

SS 433位于银河系内的天鹰座，距离地球15000光年。它持续强劲地向外部星际空间喷射物质，像吹气球般孕育了W50星云。

李剑解释道，选择SS 433是因为它是银河系内唯一一个处在超临界吸积状态(supercritical accretion)的致密星体, 有着稳定、持续且高能量的喷流，在多波段都有辐射。其次，作为一个著名的微类星体，以往积累的观测数据比较多，对系统参数了解的相对充分。

有趣的是，SS 433黑洞吸积盘和两个天体旋转的轨道并不完全处于同一平面，而是有规律地“摇摆”，专业术语称为进动。这导致两股喷流也并非直线，而是螺旋射出，“摇摆”进动的周期大约是162天。

当时，研究团队分析了NASA费米太空望远镜过去6年的数据，并没有找到明显源于SS 433的伽玛射线信号。此后，他们持续追踪了5年，终于在2019年发现有一片区域周期性地释放伽玛射线，节奏与SS 433的摇摆相呼应，标记为费米J1913+0515。

然而，这是一片黑暗区域，并不存在任何已知星体。到底是什么在与黑洞遥相呼应呢？位于波多黎各的阿雷西博射电望远镜给出了答案：那个位置存在一团气体云。

为何“心跳”？

到了这里，谜题还没有完全揭开。要知道，这团气体云与黑洞相距100光年，甚至都不在喷流的方向上，这种远程关联令人惊奇。

李剑表示，喷流直接周期性地点亮气体云不太可能，经过与星际介质的相互作用，黑洞喷流的螺旋形态在几个进动周期后就会消失。

研究团队给出的一种可能解释是，喷流末端或黑洞附近产生了高速的质子，从吸积盘边缘溢出。每当这些比原子还小的粒子击中了一小团稠密的分子气体云，就会产生伽玛射线。这就解释了周期性“心跳”的产生。

为了验证这一想法，李剑和合作者在本月用西班牙IRAM 30米望远镜进行了共计16小时的观测，以寻找假设中的稠密分子云。这些新的观测数据将帮助找到神秘宇宙“心跳”的真正起源。

此外，团队还计划寻找云块是否有更高能的伽玛射线辐射，或者X射线辐射。

“理论方面则是基于观测现象，进一步给出更完善的模型解释。目前我们的模型还有不少问题。”李剑说道。