黑洞将恒星撕成碎片 此黑洞曾为休眠黑洞
黑洞将恒星撕成碎片，此黑洞曾为休眠黑洞。黑洞当中有着科学家们难以想象的神秘特性，我们在研究这些宇宙奇闻的时候有必要了解一下休眠黑洞，看看黑洞是如何将恒星撕成碎片的吧。
天文学家近日发现，在一颗恒星由于过于靠近黑洞被撕碎之后，形成的碎片圆盘内部有X射线来回反弹，进而发现了一个休眠中的黑洞。他们发现这些X射线来自于碎片盘内部，即所谓的吸积盘。
超大质量黑洞Swift J1644+57位于天龙座的一个小型星系中央，距地球约38亿光年，首次发现于2011年。
图为艺术家所绘概念图，描绘了一颗恒星过于靠近黑洞时，被撕碎并形成吸积盘的情景。 新浪科技讯 北京时间6月27日消息，超大质量黑洞是宇宙中质量最大的天体之一，它们的巨大引力就像胶水一样，将整个星系联结在一起。但大部分的超大质量黑洞实际上是处于休眠状态之中的。
但天文学家近日发现，有一个休眠中的黑洞竟然“死而复生”，并且表现得十分狂暴，将一颗离得过近的恒星撕成了碎片。
这一过程中释放出了大量X射线，让研究人员首次得以对休眠中的黑洞进行详细的观察。
通常来说，休眠中的黑洞不会发出任何光线或辐射，因为它们没有吞噬物质。人们只能靠这些黑洞周围恒星的运行规律，间接地观察到它们。
但美国马里兰大学和密歇根大学的天文学家近日观察到，在超大质量黑洞Swift J1644+57周围，有一些X射线在一堆圆盘形的废墟周围来回反弹。
这个超大质量黑洞位于天龙座的一个小型星系中央，距地球约38亿光年。它似乎刚从休眠状态中恢复了活力，摧毁了一颗恒星。在黑洞吞噬了这颗恒星之后，恒星剩下来的部分在黑洞周围形成了一个吸积盘(accretion disk)，被恒星撕碎时发出的X射线所照亮。
此次研究的主要作者，马里兰大学的天文学家艾琳?卡拉博士(Dr Erin Kara)说道：“在发现这一现象之前，一直没有清晰的证据说明，我们观察到了吸积盘最靠里面的区域。我们原本以为这些辐射来自于朝向我们的黑洞喷流，或者位置要更偏远些，不在中央黑洞附近。而最新的这次研究说明，我们观察到的X射线其实非常靠近中央黑洞。”
当恒星太过靠近一个休眠的黑洞时，就会被黑洞撕碎，这种现象名叫潮汐瓦解事件(tidal disruption event)。这一事件发生时，有时会被发出的X射线所照亮。
而周围的碎片圈就像手电筒灯泡周围的反射层一样，将释放出的辐射反射出去，并聚焦于一点。
卡拉博士指出：“大多数潮汐瓦解事件并不会释放出这么多的高能X射线。但到目前为止，已经至少发生了三次这样的事件，只不过这是第一次在高潮阶段就被我们观察到的事件。”
长时间以来，天文学家一直认为，在潮汐瓦解事件期间，高能X射线是在黑洞外面的相对论喷流中产生的，即由黑洞喷射出的、速度接近光速的高能粒子束。
但天文学家这次却观察到了X射线在吸积盘内部四处反弹，为上述假设提供了新的视角。
该研究团队利用X射线反射测绘技术，绘制出了吸积盘的内部图像，原理类似于利用声波的回声延迟时间来绘制海床或峡谷地图。
研究人员们通过计算得出，从吸积盘中不同区域铁原子上反射回来的X射线信号的到达时间之间存在轻微的延迟。
卡拉博士说道：“打个比方，我们知道在大音乐厅中，声音是如何产生回声的。既然我们已知声音的速度，我们就可以利用回声的延迟状况，计算出音乐厅的形状。”
“用X射线绘制吸积盘内部图像也是同理。这是一种全新的技术，目前才发展了6年时间。”
到目前为止，天文学家对超大质量黑洞的了解大部分来自于目前仍在吸收和吞噬物质的活跃黑洞。但业界认为，这些黑洞只占到了宇宙中全部超大质量黑洞的10%。
此次研究的共同作者、马里兰大学的天文学家克里斯?雷诺兹教授(Chris Reynolds)说道：“弄清宇宙中全体的黑洞数量是很重要的。”
“黑洞在宇宙的演变过程中扮演了重要的地位。因此即使它们现在处于休眠状态，它们以前也并非如此。”
“如果我们只关注活跃状态的黑洞的话，我们获取的样本也许会存在很大的偏差。这些黑洞的旋转情况和质量可能都比较接近。因此我们必须对全体黑洞进行研究，才能保证结果不出现偏差。”
“利用反射测绘技术研究潮汐瓦解事件也许能帮助我们在将来探索黑洞的旋转情况。”
“不仅如此，我们还能对这样的事件进行追踪，观察当黑洞回到休眠状态时，吸积盘是如何停止转动、能量是如何消散的。”
“这些状态此前只在教科书中描述过，也许今后我们终于能亲眼观察到它们了。”
延伸阅读：---暗能量是黑洞? 揭秘黑洞融合与引力波!
众所周知，两个黑洞融合是造成引力波形成的重要条件，这是目前科学家们统一的推测，那么暗能量又怎么会跟黑洞扯上关系呢?我们来一起看看科学家们是怎样说的呢?
美国宇航局斯皮策空间望远镜拍摄的大熊座天区红外波段图像。最近，有科学家认为暗物质有可能是由宇宙早期的黑洞组成的，这一理论似乎与红外波段以及X射线波段的宇宙学观测结果相吻合，并且能够解释黑洞合并时的一系列现象
在屏蔽所有已知的恒星，星系以及其他任何已知物质之后，对图像进行增强，我们便看到了一些不规则的斑块。这就是所谓宇宙红外背景(CIB)，其中颜色较浅的区域代表更为明亮的区域
综合起来考虑，最初一批恒星产生的红外波段辐射以及物质朝着黑洞下降过程中产生的X射线辐射将能够解释钱德拉与斯皮策空间望远镜所观测到的CIB以及CXB斑块不均一信号 新浪科技讯 北京时间5月26日消息，据英国《每日邮报》报道，暗物质是构成宇宙很大一部分的神秘物质成分。尽管知之甚少，但科学家们目前倾向于认为它是一种大质量的奇异粒子组成的物质，但关于这一点，我们还没有任何确凿的证据能够予以证明。
还有另外一种观点，认为暗物质实际上是在宇宙诞生初期就产生的黑洞组成的，也就是所谓的原初黑洞。而现在，美国宇航局的科学家们开展的一项研究表明，后一种观点似乎与红外波段以及X射线波段的宇宙学观测结果相吻合，并且能够解释黑洞合并时的一系列现象。
美国宇航局戈达德空间飞行中心的天体物理学家亚历山大·卡林斯基(Alexander Kashlinsky)表示：“这项研究的主要目的是将目前存在的各类观点和实际观测数据相互验证，看看两者之间是否吻合。结果我们发现这一理论与观测的吻合度惊人的好。”他说：“如果这一理论最终被证明是正确的，那么所有的星系，包括银河系在内，实际上可能都是镶嵌在一个巨大的黑洞球体包围之中，每一个黑洞的质量都相当于大约30倍太阳质量左右。”
在2005年，卡林斯基率领一个天文学家小组，利用美国宇航局的斯皮策空间望远镜对一个天区的红外波段背景进行了观测。他们报告称在这一红外背景中观测到一些亮度异常的斑块，他们认为这有可能是130亿年前宇宙诞生初期最早的一批恒星发出的光芒。后续观测确认，在天空的其他区域同样能够观测到“宇宙红外背景”(CIB)中类似的隐藏结构。
大约8年后，另一项研究致力于对美国宇航局钱德拉X射线望远镜的所谓“宇宙X射线背景”(CXB)数据进行分析，并将这一结果与同一天区的CIB红外波段数据进行对比。
研究组发现最初一批恒星发出的主要是可见光和紫外光，由于宇宙膨胀，这些光线的波长被拉长，从而变成了红外光，因此应该不会在X射线波段背景中产生重要的影响。
然而，低能X射线波段中显示的异常斑块特征与红外波段背景中显示的斑块特征几乎完全相同，而唯一在能级跨度上能够涵盖整个波长范围的已知天体就只有黑洞。
因此，研究组得到结论认为，早期宇宙中应当存在着大量原初黑洞，它们贡献了宇宙红外背景中至少1/5的红外辐射源。
目前美国宇航局正在对这一问题进行研究，作为阿尔法磁谱仪(AMS)和费米伽马射线空间望远镜的研究对象之一。
卡林斯基表示：“这些研究正在得到越来越高的灵敏度，逐渐缩小暗物质粒子参数的各项不确定性。”他说：“搜寻暗物质的不成功让我们对暗物质的本质可能就是原初黑洞的猜想产生了愈发浓厚的兴趣。”
物理学家们此前总结出了几条理论，能够解释高温且处于迅速膨胀状态中的早期宇宙如何能够 在宇宙大爆炸之后的数千分之一秒内产生原初黑洞。而相关理论也显示，宇宙的年龄越老，那么能够形成的黑洞质量就能越大。但由于能够产生这类黑洞的窗口期持 续时间非常短暂——只有大爆炸之后最初的一瞬间——远远不到一秒钟的时间——因此科学家们认为原初黑洞的质量应该都差不多大，它们相互之间的质量差异会很 小。
去年9月14日，一对13亿光年外的黑洞合并过程所产生的引力波信号被设在美国的“激光干涉引力波天文台”(LIGO)观测到。这一事件标志着人类首次直接探测到引力波信号。
这一信号也让LIGO的科学家们得以据此计算出这两个黑洞中单个黑洞成员的质量——结果显示分别为29倍和36倍太阳质量，误差约为±4倍太阳质量。研究人员们认为这样的黑洞质量实际上大的有些让他们意外，并且两者间的差值也出乎意料地小。卡林斯基表示：“取决于起作用的何种机制，原初黑洞的性质可以与LIGO所探测到的这两个黑洞非常相似。”他说：“如果我们假定事实的确如此，也就是LIGO捕捉到了发生在早期宇宙中两个黑洞的合并信号，那么我们就可以观察，这件事将会对我们有关宇宙最终如何演化的认识产生什么样的影响。”
在今年5月24日发表的一篇最新论文中，卡林斯基分析了如果假定暗物质的本质实际上就是类似LIGO所探测到的那类黑洞的话，事情将会如何发展。
黑洞的存在扭曲了早期宇宙中的质量分布，这一结果产生的微小震荡在数亿年之后，当最初一批恒星开始形成时产生了显著的影响。
在宇宙诞生之后的最初5亿年内，所谓的“常规物质”的温度仍然太高，因而难以聚集形成最早的恒星。
暗物质则不同，它们不会受到高温的影响，因为它基本上只与引力发生作用，与其他因素之间几乎不产生任何影响。于是，在相互间的引力作用下，暗物质最先开始聚集，并形成所谓的“超小晕”(minihaloes)结构。这种质量团块提供了一种引力“种子”，让后来的常规物质得以被吸引并附着其上——大量的高温气体开始在引力作用下向着这些超小晕结构聚集，随着温度的下降，这些逐渐聚拢的常规物质发生进一步凝聚和塌缩，第一批的恒星就此诞生了。
卡林斯基的工作表明，如果黑洞的确是组成暗物质的重要成分，那么这一过程的发生将会迅速的多，并进而产生在斯皮策望远镜探测到的CIB数据中的那种斑块不均一性特点，即便只有很小一部分的“超小晕”结构最终能够产生恒星，情况也是一样。
随着空间中的气体物质向“超小晕”聚集，组成这些“超小晕”的黑洞自然而然的将会吞噬掉其中的一部分气体物质。
而物质朝着黑洞盘旋下降的过程将会产生加热并释放X射线。综合起来考虑，最初一批恒星产生的红外波段辐射以及物质朝着黑洞下降过程中产生的X射线辐射将能够解释钱德拉与斯皮策空间望远镜所观测到的CIB以及CXB斑块不均一信号。
偶然的，有些原初黑洞可能会相互运动到比较接近的位置上，从而互相吸引并成为一个相互绕转的双黑洞系统。这样一个系统将会不断释放引力波信号，在此过程中丢失轨道动能并不断相互接近，最终，两者将会发生合并成为一个质量更大的黑洞，就像LIGO在去年所探测到的那样。
卡林斯基表示：“未来LIGO的后续观测工作将告诉我们更多有关宇宙中黑洞数量的信息。相信在不久之后，我们就将能够了解到，关于黑洞与暗物质关系的理论是否是正确的。”