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在汽油檔和柴油檔間切換的黑洞

黑洞是一具極強大且有效率的引擎,一邊吞吃物質,一邊將所進食物質的能量歸還給宇宙。當黑洞吸引了物質進入,另一方面它也啟動了一個輻射出密集的X射線的機制,並供應著噴流的動能。不過,似乎卻並非每個黑洞都以同樣方式進行進食和能量釋出。這件事情教天文學家頗感困惑;最近,荷蘭天文研究團隊研究兩個活躍黑洞後找到了一些證據並提出一種新看法,他們嘗試為這個問題提出這麼一個解答:就像汽車引擎的換檔機制一樣,或許每顆黑洞也都是在兩種模式當中來去切換。

黑洞的噴流,從中央向外爆發出速度逼近光速的強力物質流,它就像燈塔發出的強力聚光燈光束,也能夠對週遭環境演化帶來重大影響。譬如星系中央超大質量黑洞的噴流,能夠在一個星系群中吹出巨大的泡泡並加熱星系群中的氣體。

黑洞噴流還有另一類大手筆製作,就是大家也不太陌生的哈尼天體(Hanny’s Voorwerp)。在該地區中的氣體在被鄰近星系的黑洞噴流束擊中後,新恆星開始形成。諸如此類的現象表達出一個訊息:了解黑洞如何製造和傳遞其能量實在有其重要性,不過到目前為止其中已知的訊息仍充滿著不確定,這種情形直到最近才有所改觀。

要明瞭黑洞這個引擎運作的方式,必須先能解釋黑洞釋放的X射線和黑洞的噴流兩者之間具有怎樣的關連性,這一點,直到2003年時,才因有了實際的觀測而較為明朗。在發現兩者間具有關連性的頭一年所見的現象,似乎顯示所有的黑洞都以同樣的模式進食和運作,不過很快地,「怪胎」開始出現。一些特別不尋常的例子出現了,它們似乎仍然遵循著「能量經由X射線釋放轉換噴流」的規則,但是它們在進和出的比例上,卻和「模範寶寶」型黑洞之間似乎存在著差異。後來又發現到這種怪胎的數量竟是越來越多,看來似乎是「有兩種黑洞」:一種是燒汽油的引擎,而另一種則是燒柴油的引擎,所以運作模式才不盡相同。

多年來天文學家都在努力,希望合理化這兩類黑洞族群間所呈現的不同特性,但成績不太好。最近Michael Coriat等人的研究成果總算向前跨了一大步。他們發現,同一顆黑洞,似乎會在兩種高低效能模式當中做切換,亮度也會不同。這意思是黑洞未必按照兩種不同的引擎來做分類,反倒是,每顆黑洞都可遵循兩套規則,時而柴油,時而汽油,就好像在高、低檔上做切換一樣。

現在,兩位來自荷蘭SRON 太空研究所的研究員Peter Jonker 和他的博士後學生Eva Ratti同樣也對這個謎體的解開做出重要貢獻。他們使用錢卓太空望遠鏡做X射線的觀測,又用位於新墨西哥州的Extended VLA做電波觀測,觀測目標是,兩個黑洞系統的完整瘋狂進食過程。Eva Ratti 發表評論說:「無獨有偶地,我們所觀測的這兩顆黑洞也是會換檔的黑洞,這表示會換檔並非單一一個特別的黑洞所獨具的特性。事實上,我們的研究結果認為換檔現象應該在所有黑洞中都相當普遍。同時我們也發現,在這三個黑洞系統中發生換檔的時機,都同樣是在一個固定的X射線亮度範圍內」

上述最新研究成果對解釋黑洞的引擎功能,以及黑洞對於其週遭環境的演化影響等相關理論模型,是相當有意思的發現。相關論文獲刊於皇家天文學會月刊(MNRAS)。(Lauren譯)

資料來源:中研院天文網[2012.06.15]

轉載自台北天文館之網路天文館網站

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