黑洞常被想象成只进不出的“宇宙深井”。但持续数月的观测发现:当一颗恒星级黑洞的X射线亮度下降约100倍后,它周围仍在向外排出稠密气体。
甚至按照模型估算,被吹走的物质可能与同时落向黑洞的物质一样多。如果黑洞在“吃饭”,那它显然不是一位效率很高的食客。
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艺术想象中的Swift J1727.8−1613:伴星物质形成吸积盘,并产生喷流和更宽广的外流。
先拆掉一个误会:不是黑洞把东西“吐”出来
事件视界仍是一条单行线,越过它的物质不能返回。喷流和盘风都来自视界外的吸积盘:伴星气体绕成炽热圆盘,一部分继续向内,另一部分被磁场、辐射和盘内过程加速,提前逃向太空。
“黑洞不是无底洞”只是形象说法。被改写的不是广义相对论,而是我们对黑洞进食效率的估计。
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彩色轨迹记录黑洞双星从硬态转向软态、再返回硬态的过程;星号是11次光谱观测。
没人直接看见气体,科学家如何知道它在吹风?
主角Swift J1727.8−1613是一个包含约10倍太阳质量黑洞的低质量X射线双星。它在2023年爆发,团队用甚大望远镜的X-Shooter光谱仪,分11个时段追踪变化。
关键证据藏在谱线里。爆发后期,宽阔的巴耳末吸收线整体偏向蓝端,代表气体正朝观测者运动,典型速度约每秒750公里;氦离子谱线的一侧也被明显压低。旋转并向外加速的盘风模型,能够同时重现这两种特征。
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从上到下依次展示X射线、射电和光学谱线变化,说明一次爆发并不是单一闪光,而是连续演化。
每秒750公里,暗下来后反而露出惊人尾声
每秒750公里相当于每小时270万公里,跨越地月平均距离只需约8.5分钟。更意外的是,黑洞从太阳方向的遮挡中重新出现时,X射线亮度已比此前低约100倍,温度不超过1万摄氏度的稠密盘风却仍然存在。
研究利用谱线和Sobolev近似估算,盘风质量损失率至少为每年十亿分之一个太阳质量,换算后约每秒6.3×10¹³公斤,与当时的瞬时吸积率处于相近量级。这个数字来自模型下限,不是把气体装进容器称重。
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示意图显示:内侧气体以旋转为主,外侧盘风逐渐转为径向外流,并在光谱中留下蓝移吸收。
喷流与盘风,不是同一条“排气管”
喷流通常沿黑洞自转轴射出,速度可接近光速;盘风则从吸积盘更宽区域吹出。最亮射电耀发出现时,氦离子谱线也发生变化,暗示喷流与外盘受热可能相关;爆发接近尾声时,冷而稠密的盘风仍在持续。
这会改变双星的长期命运:如果大量物质在抵达事件视界前就被带走,黑洞增长会更慢,伴星失去物质的速度、轨道演化以及系统最终结局都要重新计算。
但这仍是对一个黑洞双星和一次爆发的详细研究,不能直接推广到所有黑洞。它真正揭开的反转是:最耀眼的烟火结束后,“进食”的复杂过程并未停止;黑洞周围看似沉寂,物质争夺战仍在继续。
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