四川
探索宇宙奥秘 · 理性思考
宇宙深处并不总是死寂一片。
那里有时也会像生命体一样，展现出某种神秘的“心跳”。
他们利用NASA的凌日系外行星巡天卫星（TESS）数据，发现了多个耀变体存在显著的准周期振荡信号。
这不仅是数据的胜利，更是人类对黑洞极端物理环境认知的一次深化。
TESS卫星的主要任务是“找行星”。
它通过盯着恒星亮度的微小周期性变化，来发现太阳系外的行星。
但这次，科学家们把它对准了宇宙中最狂暴的一类天体：耀变体。
耀变体是活动星系核的一种。
它们中心是超大质量黑洞，正在疯狂吞噬周围物质。
同时，黑洞会向两极喷射出接近光速的等离子体喷流。
如果喷流刚好对着地球，我们就能看到极其剧烈的亮度变化。
Tripathi团队分析了TESS的高精度光变曲线。
他们还结合了Swift卫星硬X射线巡天长达157个月的数据。
在筛选出的38个变源中，有4个耀变体表现出了极高的周期性显著性。
这些光变曲线不再是杂乱无章的噪点。
它们呈现出规律的起伏，周期在5到10天之间。
更有趣的是，其中一个天体的信号在不同年份的观测中反复出现。
这表明，这种震荡可能持续了数年之久。
这种准周期振荡（QPO）究竟是什么？
它不是完美的钟表摆动，而是带有某种随机性的规律脉动。
在物理学上，这通常暗示着系统内部某种特定的动力学过程。
对于耀变体而言，科学家们提出了两种主要的解释机制。
第一种是喷流的“扭折不稳定性”。
想象一下，当你拿着花园水管浇水时，水流如果太强，水管会像蛇一样甩动。
耀变体的喷流也是由高速运动的等离子体组成的。
如果喷流内部的速度或磁场分布不均匀，就会产生这种“扭折”。
这种扭折沿着喷流传播，就会导致我们观测到的亮度发生周期性变化。
第二种可能性是喷流中存在“子结构”。
喷流并不是一根均匀的针，而可能是由一个个高能团块组成的。
这些团块在喷流中运动、相互作用，也可能产生震荡信号。
这次发现的周期只有5到10天。
根据时标对应的空间尺度，这说明震荡发生的区域非常靠近黑洞核心。
这为我们窥探黑洞视界附近的极端环境提供了一个宝贵窗口。
准周期振荡在天体物理中一直是个“稀客”。
在恒星级黑洞的双星系统中，科学家们对QPO已经比较熟悉。
但在活动星系核中，发现QPO要困难得多。
这是因为活动星系核的尺度巨大。
其变化时标往往长达数年甚至数十年，远超人类的观测历史。
而且，吸积盘和喷流的过程非常复杂，各种噪音容易掩盖微弱的周期信号。
这次研究之所以能成功，得益于TESS的高时间分辨率。
它几乎不间断地盯着同一片天区，提供了连续的数据流。
研究团队采用了广义Lomb-Scargle周期图和加权小波Z变换等先进方法。
这些数学工具像精密的筛子，从海量数据中过滤出了有价值的周期信息。
即使我们无法直接“看到”黑洞的精细结构，也能通过光变曲线的“指纹”，反推其背后的物理机制。
它连接了微观的等离子体物理过程和宏观的宇宙尺度的能量释放。
这反映出中国在高能天体物理领域的研究实力正在稳步提升。
过去，我们在观测设备上或许与国际顶尖水平有差距。
但现在，中国科学家已经具备了利用国际公开数据进行深度挖掘的能力。
更重要的是，我们正在从单纯的“数据使用者”向“科学引领者”转变。
虽然这次主要用的是TESS和Swift的数据，但背后的理论支撑和分析能力是实打实的。
除了即将投入使用的空间望远镜，像LAMOST（郭守敬望远镜）和FAST（中国天眼）也在持续积累海量时域观测数据。
中国科学家不仅在硬件上追赶，在数据分析和理论建模上也已跻身世界前列。
未来，随着更多先进设备的投入使用，我们有望在这些神秘信号的源头捕捉上取得更多突破。
或许有一天，我们能彻底解开黑洞喷流“呼吸”的秘密。
Ashutosh Tripathi et al, Probable quasi-periodic oscillations in the TESS observations of blazars in the Swift X-ray Survey, Monthly Notices of the Royal Astronomical Society (2025). DOI: 10.1093/mnras/staf2211
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