黑洞如何“进食”？炙热气体高速旋转坠入，无法逃脱黑洞的“一顿午餐”暴露了它

黑洞的“一顿午餐”暴露了它的巨大质量。

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来自一位艺术家的黑洞概念图，它被吸积盘环绕着。这个圆盘中的气体被加热到数百万摄氏度并向外发出X射线辐射。（图片来源：美国宇航局/霍尼韦尔Max-O数字集团/达纳·贝瑞）
剑桥大学的一个天文学家团队，发现了一种现象：像是炙热气体在落入超大质量黑洞时的快速旋转。这些第一次观测到的画面，显示黑洞正在吞噬一个向内旋转的圆盘中的物质，有助于弄清楚这些饥饿的“深渊巨喉”的质量。
这个巨大的黑洞位于NGC3516星系的中心， NGC3516星系距离北斗七星约1亿光年远。被黑洞强大引力场吸入的物质，形成一个圆盘，并被加热到极端高温，使其在一个很宽频率范围内发光。

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XMM-牛顿卫星观察到圆盘X射线突然变强。剑桥大学的安德鲁·法比安和他的同事们，将此解释为发生在黑洞附近的X射线耀斑。法比安说， X射线耀斑有点类似于太阳耀斑，但它释放的能量强度是太阳耀斑的10万亿倍。耀斑发出的光，激发了其附近吸积盘中的铁原子，使它们以特定的频率发射出一束光子。
法比安说：“这就好像一个盘子，被涂上了一点点亮漆。 ”

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铁原子发出的光，随着时间的推移而变化，这意味着“被涂上亮漆”的气体，正环绕着一个非常大的物体运转。根据爱因斯坦广义相对论的计算表明，这个物体——黑洞——的质量在1000万到5000万太阳质量之间。
这一研究成果，与黑洞质量的其他估算结果一致，将发表在即将出版的《皇家天文学会月刊》上。

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快速的四“年”
XMM-牛顿卫星观测持续了大约一天时间，记录到活跃气体的四周次旋转。暴露出来的旋转半径，与地球到太阳的距离相似，这促使法比安想象：如果自己处在旋转气体的边沿，看起来会是怎样？由于“一年”——即旋转一周，只需要七个小时，意味着这个圆盘在以光速十分之一的速度疯狂旋转。
如果真的处在旋转气体的边沿，法比安及其他观察者周围的天空，都将被黑洞覆盖，因为黑洞的宽度是太阳的40到200倍。这一切到底看起来什么样子，是很难被理解的，因为巨大的引力会以奇怪的方式使光线弯曲。
“这将是一个及其壮观的景象。 ”法比安说。
但这种惊叹很快就将结束。因为，法比安怀疑，在观测仅几天后，高亮的气体部分，就坠入了无情的黑洞。消亡的确切时间，取决于圆盘组成物质的粘度，以及黑洞本身是否在旋转。

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图形识别
耀斑是这些超大质量黑洞周围常发生的现象。事实上，对NGC3516的观测是在三年前完成的，但最近对它的分析揭示了耀斑的秘密。主研究者岩泽和史制作了一幅X射线图，是从分析数据中绘出的一张锯齿状图形。
“眼睛很善于辨别图形， ”法比安说。

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研究人员注意到：受激发的铁原子，其频率发生了变化，他们将这种变化，归因于气体在旋转过程中，有时向我们靠近和有时又远离我们。这种频移被称为多普勒频移，类似于“牛吼器”的音高变化。 ——“牛吼器” ，是一种传统乐器，手拿着线，在头边快速旋转甩动而发声。
除了多普勒频移之外，还有一个整体的频率偏移，因为光子从黑洞周围的引力场中逃出时，会损失一些能量。

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可能是偶然
虽然锯齿形图案，符合黑洞周围气体旋转的理论推测预期，但仅通过四个旋转周期，很难给出最终的定论。
“我认为我们很幸运。因为我们处于可下判断的临界点， ”法比安说。
【黑洞如何“进食”？炙热气体高速旋转坠入，无法逃脱】研究人员又再进行了模拟实验，以确认他们看到的周期性变化，不是受到某些干扰后的随机偶然现象。法比安说，他和他的同事对这种现象的真实性表示乐观，但有一些天文学家对此仍持保留态度。