在銀河系的中心,隱藏著一個(gè)重達(dá)430萬倍太陽的超大質(zhì)量黑洞——人馬座A*。
它的周圍環(huán)繞著恒星、氣體和塵埃,這些物質(zhì)在極強(qiáng)的引力作用下運(yùn)動(dòng),這樣的環(huán)境為研究物質(zhì)在黑洞附近的行為以及黑洞如何獲得新物質(zhì)提供了一個(gè)天然的實(shí)驗(yàn)室。
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在2012年的時(shí)候,一團(tuán)名為G2的神秘氣體云闖入了天文學(xué)家的視野。
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它只有不超過3個(gè)地球那么重,拖著一條長長的尾巴,正沿著一條極度拉長的軌道沖向黑洞,2014年,它掠過黑洞最近點(diǎn)時(shí),被巨大的引力扯成了面條狀,但令人驚訝的是,它沒有像預(yù)期那樣被黑洞一口吞噬。
而更奇怪的是,天文學(xué)家查看更早的觀測數(shù)據(jù),發(fā)現(xiàn)12年前,銀心黑洞附近曾經(jīng)還有一團(tuán)幾乎一模一樣的氣體云G1,它也走過與G2完全相同的路線。
這兩個(gè)類似雙胞胎的氣體云的出現(xiàn),引發(fā)了科學(xué)界長達(dá)十年的爭論。
它們到底是什么?如何產(chǎn)生的?
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有人說它們是裹著氣體殼的恒星,有人說它們是恒星爆炸的殘骸,甚至有人猜測它們是黑洞撕碎恒星留下的碎片。
每一種假說都有漏洞,直到2026年,馬克斯·普朗克地外物理研究所的團(tuán)隊(duì),他們結(jié)合歐洲南方天文臺(tái)的SINFONI和最新的ERIS兩臺(tái)紅外光譜儀,對銀河系中心進(jìn)行了長達(dá)11年的持續(xù)觀測,終于看清了G2尾巴里隱藏的秘密。
該研究于26年3月發(fā)表在《天文學(xué)與天體物理學(xué)》上。
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在這次長達(dá)11年的觀測中,他們發(fā)現(xiàn)G2身后那條微弱的尾跡,正在慢慢凝聚成第三個(gè)致密的團(tuán)塊G2t。
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它的大小、亮度和運(yùn)動(dòng)方式,與2008年的G2幾乎一模一樣。
更驚人的是,這三個(gè)天體的軌道形狀、傾斜角度和運(yùn)行方向,幾乎完全重合。
計(jì)算顯示,三個(gè)互不相關(guān)的天體碰巧走出相同軌道的概率,只有百萬分之二,這比連續(xù)兩次中彩票一等獎(jiǎng)還難。
這給了流行多年的恒星起源說致命一擊,幾乎排除了它們是獨(dú)立恒星的可能。
如果它們是恒星,不可能有這么多恒星恰好排成一隊(duì)沖向黑洞。
唯一合理的解釋是:G1、G2和G2t,其實(shí)是同一條長長的氣體河流里的三個(gè)浪花。
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順著這條氣體河往回追溯,天文學(xué)家的目光落在了一顆名為IRS 16SW的恒星上。
這是一對緊緊環(huán)繞的大質(zhì)量雙星系統(tǒng),它們正以大約每秒幾百公里的速度向外拋射著猛烈的恒星風(fēng)。
計(jì)算顯示,G1、G2和G2t軌道之間的細(xì)微差異,恰好和這顆雙星過去一百年的軌道運(yùn)動(dòng)高度吻合。
為了驗(yàn)證這個(gè)猜想,團(tuán)隊(duì)用超級計(jì)算機(jī)模擬了恒星風(fēng)與周圍氣體的碰撞。
過去的模擬一直無法重現(xiàn)觀測到的氣體團(tuán)塊,因?yàn)樘煳膶W(xué)家誤以為這顆恒星的風(fēng)速是每秒600公里。
但最新的計(jì)算表明,由于雙星互相繞轉(zhuǎn)的影響,實(shí)際吹出的風(fēng)速只有每秒300-400公里。
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當(dāng)慢下來的恒星風(fēng)撞上周圍的星際氣體時(shí),會(huì)在恒星前方形成一道像船頭一樣的沖擊波。
這道沖擊波不穩(wěn)定,會(huì)碎裂成一團(tuán)團(tuán)致密的氣體云,這些云團(tuán)失去了足夠的速度,就會(huì)被黑洞的引力捕獲,從而沿著固定的軌道一個(gè)個(gè)沖向黑洞中心。
模擬顯示,這樣的過程每10-20年就會(huì)產(chǎn)生一個(gè)新的氣體團(tuán),這和觀測到的G1、G2、G2t的間隔完全一致。
這個(gè)發(fā)現(xiàn)也解開了黑洞的吞噬之謎。
人馬座A*的食物來源,有一部分是由這對雙星系統(tǒng)源源不斷輸送的。
每十年左右,就有一個(gè)地球質(zhì)量的氣體團(tuán)抵達(dá)黑洞附近,這剛好能維持它目前的活動(dòng)水平。
而且,當(dāng)這顆雙星運(yùn)行到離黑洞更近的位置時(shí),會(huì)產(chǎn)生更多的氣體團(tuán),這也能解釋為什么黑洞的X射線耀斑會(huì)有幾十年到上百年的周期性變化。
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現(xiàn)在,天文學(xué)家正盯著G2t,它將在2031年年中掠過黑洞。
屆時(shí),ERIS相機(jī)將能更清晰地看到它被引力撕扯的過程,從而驗(yàn)證這個(gè)“恒星快遞”模型的每一個(gè)細(xì)節(jié)。
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