當(dāng)前位置： 當(dāng)前位置：首頁(yè) > 時(shí)尚 > 3D模擬顯示超大質(zhì)量黑洞比預(yù)期吞噬得更快正文

模擬截圖顯示了超大質(zhì)量黑洞享用周?chē)鷼怏w和塵埃圓盤(pán)的擬顯新方式。(圖片鳴謝:uux.cn/a . Tchekhovskoy/Nick Kaaz/西北大學(xué))
（神秘的示超地球uux.cn）據(jù)美國(guó)太空網(wǎng)（羅伯特·李）：超大質(zhì)量黑洞可能有一個(gè)完全意想不到的宇宙運(yùn)輸服務(wù)，為它們提供氣體和塵埃來(lái)享用。大質(zhì)洞比得更這可能會(huì)導(dǎo)致宇宙巨人進(jìn)食的量黑速度比科學(xué)家們預(yù)期的要快得多，他們會(huì)在幾個(gè)月的預(yù)期時(shí)間內(nèi)狼吞虎咽，而不是吞噬幾百年甚至幾千年。
超大質(zhì)量黑洞的擬顯質(zhì)量是太陽(yáng)的數(shù)百萬(wàn)甚至數(shù)十億倍，被認(rèn)為居住在大多數(shù)星系的示超中心，當(dāng)它們被稱(chēng)為吸積盤(pán)的大質(zhì)洞比得更巨大氣體和塵埃板包圍時(shí)，它們?yōu)轭?lèi)星體提供動(dòng)力。量黑類(lèi)星體是預(yù)期活躍星系的明亮核心，它們非常明亮，吞噬比周?chē)麄€(gè)星系中所有恒星的擬顯光加起來(lái)還要亮。
這些關(guān)于黑洞進(jìn)食率的示超新發(fā)現(xiàn)可能有助于闡明超大質(zhì)量空洞如何吞噬周?chē)奈镔|(zhì)，以及這一過(guò)程如何影響星系的大質(zhì)洞比得更演化。
這項(xiàng)研究是由一組科學(xué)家進(jìn)行的高分辨率3D模擬的結(jié)果，他們開(kāi)始了解黑洞動(dòng)力學(xué)，并最終捕捉到這些難以捉摸的現(xiàn)象驚人的快速傳播速度。此外，這種增加的速率也可能得到類(lèi)星體真實(shí)世界觀測(cè)的支持，其中一些類(lèi)星體會(huì)在幾個(gè)月的時(shí)間尺度內(nèi)變亮和變暗。
“氣體如何到達(dá)黑洞并為其提供食物是吸積盤(pán)物理學(xué)的核心問(wèn)題，”小組組長(zhǎng)、西北大學(xué)天文學(xué)家尼克·卡茲在一份聲明中說(shuō)。“如果你知道這是如何發(fā)生的，它將告訴你這個(gè)圓盤(pán)持續(xù)多長(zhǎng)時(shí)間，它有多亮，以及當(dāng)我們用望遠(yuǎn)鏡觀察它時(shí)，光應(yīng)該是什么樣子的。”
超大質(zhì)量黑洞在用餐時(shí)是如此的累贅
超大質(zhì)量黑洞如此巨大，以至于當(dāng)它們旋轉(zhuǎn)時(shí)，它們會(huì)拖著空間和時(shí)間的結(jié)構(gòu)一起旋轉(zhuǎn)，這種現(xiàn)象被稱(chēng)為“幀拖曳”或“透鏡-三環(huán)效應(yīng)”。使用橡樹(shù)嶺國(guó)家實(shí)驗(yàn)室的Summit超級(jí)計(jì)算機(jī)進(jìn)行的3D模擬顯示，這種空間扭曲撕裂了吸積盤(pán)，并導(dǎo)致它們分裂為內(nèi)部和外部“子盤(pán)”。
在某種程度上，超大質(zhì)量黑洞把內(nèi)部圓盤(pán)當(dāng)作開(kāi)胃菜，因?yàn)樗鼈兺ㄟ^(guò)吞噬首先在那里發(fā)現(xiàn)的氣體和塵埃開(kāi)始它們的晚餐。當(dāng)這發(fā)生時(shí)，外層圓盤(pán)的物質(zhì)過(guò)濾進(jìn)來(lái)，最終填滿(mǎn)黑洞吞噬內(nèi)層圓盤(pán)后留下的空隙。這個(gè)填滿(mǎn)的圓盤(pán)就變成了主菜，讓喂食過(guò)程重新開(kāi)始。

模擬截圖顯示了超大質(zhì)量黑洞享用周?chē)鷼怏w和塵埃圓盤(pán)的新方式。(圖片鳴謝:uux.cn/a . Tchekhovskoy/Nick Kaaz/西北大學(xué))
該團(tuán)隊(duì)的模擬顯示，黑洞的整個(gè)宇宙進(jìn)食經(jīng)歷，即進(jìn)食、再進(jìn)食、再進(jìn)食，可以在僅僅幾個(gè)月的時(shí)間內(nèi)進(jìn)行，這比之前計(jì)算的時(shí)間尺度要快得多。這可能最終解釋了為什么一些類(lèi)星體快速閃爍，然后消失。
“經(jīng)典吸積盤(pán)理論預(yù)測(cè)，圓盤(pán)演化緩慢，”Kaaz說(shuō)。“但是一些類(lèi)星體——由黑洞吞噬吸積盤(pán)中的氣體而產(chǎn)生——似乎會(huì)在幾個(gè)月到幾年的時(shí)間尺度內(nèi)發(fā)生劇烈變化。這種變化如此劇烈。”
Kaaz也是天體物理學(xué)跨學(xué)科探索和研究中心(CIERA)的成員，他補(bǔ)充說(shuō)，從模擬來(lái)看，看起來(lái)像是圓盤(pán)的內(nèi)部部分——類(lèi)星體的大部分光來(lái)自那里——被破壞，然后被補(bǔ)充。
“經(jīng)典吸積盤(pán)理論無(wú)法解釋這種劇烈的變化，”他說(shuō)。“但是我們?cè)谀M中看到的現(xiàn)象有可能解釋這一點(diǎn)。快速變亮和變暗與光盤(pán)內(nèi)部被破壞的區(qū)域一致。”
超大質(zhì)量黑洞吃陀螺儀而不是盤(pán)子

模擬截圖顯示了超大質(zhì)量黑洞享用周?chē)鷼怏w和塵埃圓盤(pán)的新方式。(圖片鳴謝:uux.cn/a . Tchekhovskoy/Nick Kaaz/西北大學(xué))
一些科學(xué)家認(rèn)為，超大質(zhì)量黑洞周?chē)奈e盤(pán)非常有序，盡管由于超大質(zhì)量黑洞位于其中心的引力影響，它們經(jīng)歷了激烈的條件。由于這種影響，吸積盤(pán)中的氣體和塵埃圍繞黑洞運(yùn)行，同時(shí)停留在同一平面上，并以與空洞相同的方向旋轉(zhuǎn)，氣體非常緩慢地落到黑洞的外部邊界。這個(gè)邊界被稱(chēng)為事件視界。
“幾十年來(lái)，人們做了一個(gè)非常大的假設(shè)，吸積盤(pán)與黑洞的旋轉(zhuǎn)一致，”Kaaz說(shuō)。“但是供給這些黑洞的氣體不一定知道黑洞旋轉(zhuǎn)的方向，那么為什么它們會(huì)自動(dòng)對(duì)齊呢？改變對(duì)齊方式會(huì)極大地改變畫(huà)面。”
這張新呈現(xiàn)的照片顯示了一個(gè)正在進(jìn)食的超大質(zhì)量黑洞周?chē)踊靵y和動(dòng)蕩的環(huán)境。

模擬截圖顯示了超大質(zhì)量黑洞享用周?chē)鷼怏w和塵埃圓盤(pán)的新方式。(圖片鳴謝:uux.cn/a . Tchekhovskoy/Nick Kaaz/西北大學(xué))
這種現(xiàn)象的核心是lens-thir ring效應(yīng)，當(dāng)你靠近中心黑洞時(shí)，這種效應(yīng)會(huì)變得更強(qiáng)，導(dǎo)致吸積盤(pán)抖動(dòng)，最里面的區(qū)域旋轉(zhuǎn)得更快。這相當(dāng)于一個(gè)旋轉(zhuǎn)的陀螺，當(dāng)它慢下來(lái)時(shí)就開(kāi)始擺動(dòng)，但內(nèi)部吸積的擺動(dòng)比外部圓盤(pán)的擺動(dòng)更極端。
這扭曲了整個(gè)圓盤(pán)系統(tǒng)，導(dǎo)致來(lái)自不同區(qū)域的氣體相互碰撞，產(chǎn)生明亮的沖擊波，并驅(qū)使物質(zhì)越來(lái)越靠近超大質(zhì)量黑洞本身。最終，擺動(dòng)效應(yīng)變得如此強(qiáng)烈，吸積盤(pán)分裂。合成的內(nèi)外盤(pán)分別演化，形成不同的擺動(dòng)。在那一點(diǎn)上，整個(gè)吸積盤(pán)更像是陀螺儀的環(huán)，而不是旋轉(zhuǎn)的盤(pán)子。
“當(dāng)內(nèi)部圓盤(pán)撕裂時(shí)，它將獨(dú)立進(jìn)動(dòng)，”Kaaz說(shuō)。“它進(jìn)動(dòng)得更快，因?yàn)樗拷诙矗乙驗(yàn)樗苄。愿菀滓苿?dòng)。”

模擬截圖顯示了超大質(zhì)量黑洞享用周?chē)鷼怏w和塵埃圓盤(pán)的新方式。(圖片鳴謝:uux.cn/a . Tchekhovskoy/Nick Kaaz/西北大學(xué))
該團(tuán)隊(duì)創(chuàng)建的模擬表明，超大質(zhì)量黑洞的瘋狂進(jìn)食始于內(nèi)盤(pán)和外盤(pán)之間的斷裂或“撕裂區(qū)域”。此外，當(dāng)摩擦力試圖將圓盤(pán)結(jié)合在一起，而lens-thir ring效應(yīng)進(jìn)一步將它們分開(kāi)時(shí)，就會(huì)發(fā)生這種情況。
“黑洞的旋轉(zhuǎn)與圓盤(pán)內(nèi)部的摩擦和壓力之間存在競(jìng)爭(zhēng)，”Kaaz說(shuō)。“撕裂區(qū)域是黑洞獲勝的地方。內(nèi)盤(pán)和外盤(pán)相互碰撞。外盤(pán)刮掉內(nèi)盤(pán)的幾層，向內(nèi)推它

模擬截圖顯示了超大質(zhì)量黑洞享用周?chē)鷼怏w和塵埃圓盤(pán)的新方式。(圖片鳴謝:uux.cn/a . Tchekhovskoy/Nick Kaaz/西北大學(xué))
因?yàn)檫@些圓盤(pán)以不同的角度定向，所以外盤(pán)將物質(zhì)倒在內(nèi)盤(pán)上，這將內(nèi)盤(pán)推得更靠近黑洞，加快了它被黑洞吞噬的速度。當(dāng)這種情況發(fā)生時(shí)，黑洞的巨大引力吸引外層圓盤(pán)，迫使它取代內(nèi)層圓盤(pán)。
“吸積盤(pán)的內(nèi)部區(qū)域，也就是大部分亮度的來(lái)源，可能會(huì)在幾個(gè)月內(nèi)完全消失——真的很快，”Kaaz說(shuō)。“我們基本上看到它完全消失了。系統(tǒng)不再明亮。然后，它再次變亮，重復(fù)這個(gè)過(guò)程。常規(guī)理論沒(méi)有任何辦法解釋它最初為什么會(huì)消失，也解釋不了它是如何如此迅速地重新填充的。”
該團(tuán)隊(duì)的研究發(fā)表在周三(9月20日)的《天體物理學(xué)雜志》上。