撰文：保罗·萨特                 2024年8月23日

哈勃太空望远镜拍摄的一张星系图像，其中心有一个超大质量黑洞（图片：NASA/ESA/STScI）

黑洞不是活着的，但事实证明，如果它们消耗了大量的气体，它们可以有心跳。新的研究发现了心跳是如何工作的。

当黑洞存在于双星系统中时——与另一颗恒星共享轨道——它们可以从恒星伴星中吸入气体。当这种情况发生时，气体压缩并加热到令人难以置信的高温，在此过程中释放出大量的X射线辐射。正是通过这一过程，天文学家首次用天鹅座X-1，这一著名的X射线源发现了黑洞。

在这种持续数千年甚至数百万年的疯狂吞噬中，偶尔会出现巨大的爆发。这是一次快速消耗大量物质引起的X射线突然爆发。

多年来，天文学家研究了许多这样的耀斑，但对这些耀斑的详细观测偶尔会揭示出奇怪的行为。除了整体耀斑外，还有一点可变性，即耀斑事件中嵌入的规则活动脉冲。天文学家称这些脉冲为心跳闪光，因为它们的行为类似于人类心跳的心电图信号，缓慢上升，迅速下降，然后恢复正常。

位于北京的中国科学院粒子天体物理重点实验室的一组天文学家，研究了最近的心跳耀斑，并在预印本数据库arXiv上发表的一篇论文中，描述了可能助长它的过程。他们将他们的研究成果发表在《天体物理学杂志》上。

他们研究的耀斑源自IGR J17091-3624，这是一个距离地球28000光年的黑洞。利用2022年中子星内部成分探测器（NICER），和核光谱望远镜阵列（NuSTAR）拍摄的X射线数据，研究小组发现了耀斑中类似心跳信号的明确证据。通过研究心跳的详细特性，他们得出结论，这些脉冲是由于黑洞周围物质的相互作用和不稳定性造成的。

当物质落入黑洞时，它不仅会压缩，还会形成一个薄而快速旋转的圆盘。这个圆盘的内边缘向黑洞的事件视界倾斜，而圆盘的其余部分在X射线辐射中发光。这造成了一种高度不稳定的情况，因为来自磁盘的辐射与黑洞的引力竞争。

为了触发心跳，圆盘会暂时碎裂，失去凝聚力，并向黑洞发送一大块物质。这会释放出大量的辐射，从而开始心跳脉冲。然后，辐射会加热气体，暂时阻止其落入黑洞。然后，气体在过程重复之前沉淀下来，为下一次心跳奠定基础。

这些心跳信号非常罕见——在已知的数百个黑洞中，只有两个黑洞显示出这种信号——但研究人员希望研究更多，因为它们为黑洞与其环境之间的关系，提供了有价值的见解。