远古耀斑的回声：银河系“安静怪物”的过往被揭示

科学家通过分析X射线耀斑的光回波，研究了我们银河系中超大质量黑洞人马座A*过去的活动，表明过去频繁的物质消耗和历史上更明亮的状态。

银河系中心的超大质量黑洞是一个安静的怪物。然而，人马座A*（简称Sgr A*）并不是完全休眠的。偶尔它会吞下一团分子气体，甚至是一颗恒星，然后就会消化不良。向周围空间发射X射线耀斑。

人马座A*是距离地球最近的超大质量黑洞，距离地球26000光年。由于黑洞的强大引力，研究附近的环境非常困难。它会扭曲附近物体的视野，使它们难以被观察到。然而，有一些方法可以通过观察耀斑对附近分子云的影响来做到这一点。天文学家最近发现了数百年前以前未知耀斑的回声，这些耀斑早在望远镜观测到它们之前就出现了。这些回声表明人马座A*吃得相当频繁。

密歇根州立大学的两位研究人员格蕾丝·桑格-约翰逊和杰克·乌特格详细研究了耀斑及其光回波。他们的发现表明，在遥远的过去，当Sgr A*吸收物质时，Sgr A*有活动。该活动产生的X射线从Sgr A*经过数百年的传播，反弹到附近的分子云并使其变亮。这产生了一个光回波，在到达地球之前又传播了大约26000年。所以，当桑格-约翰逊和乌特格研究这些耀斑和光的回声时，他们实际上是在回顾过去。

用NuSTAR搜索人马座A* X射线耀斑

桑格-约翰逊分析了10年来的数据，寻找由Sgr A*的饮食习惯产生的X射线耀斑。在搜索过程中，她发现了另外九次这样的爆发的证据。

这种耀斑通常非常剧烈。因为它们非常明亮，所以为天文学家提供了一个研究黑洞周围环境的机会。桑格-约翰逊研究的数据来自NuSTAR任务。它瞄准了高能X射线和伽马射线的发射。它们通常来自星系中心的活跃区域、超新星爆炸和其他活跃事件。

桑格-约翰逊收集和分析的数据现在是Sgr A*耀斑的数据库。“我们希望通过建立Sgr A*耀斑的数据库，我们和其他天文学家可以分析这些x射线耀斑的特性，并推断超大质量黑洞极端环境内的物理条件，”桑格-约翰逊说。

追踪耀斑的回声

在桑格-约翰逊处理NuSTAR数据的同时，本科生研究员杰克·乌特格研究了黑洞周围的活动。他分析了20年来关于一个叫做“桥”的巨大分子云的数据。这些数据来自NuSTAR和欧洲航天局XMM -牛顿天文台的观测结果。这个“桥”靠近Sgr A*，通常不会发出自己的光。

因此，天文学家在它在x射线中变亮时就注意到了，乌特格说，他正在构建Sgr A*过去爆发的时间轴。“我们看到的亮度很可能是Sgr A*过去x射线爆发的延迟反射，”他说。“我们第一次观察到亮度增加是在2008年左右。然后，在接下来的12年里，来自桥的x射线信号继续增加，直到它在2020年达到峰值亮度。”

乌特格的工作帮助天文学家确定了Sgr A*在x射线中比现在亮5个数量级。这种变亮表明，我们中心的超大质量黑洞可能吞噬了附近的气体云。根据乌特格的说法，亮度还揭示了其他特性。他说：“我们关心这片云变亮的一个主要原因是，它可以让我们限制过去Sgr A*爆发的亮度。”

人马座A*的光回波揭示了什么

由于桑格-布朗和乌特格的工作，天文学家有了另一种方法来解决观测黑洞周围的困难。她说：“耀斑和烟花都照亮了黑暗，帮助我们观察到我们通常无法观察到的东西。这就是为什么天文学家需要知道这些耀斑发生的时间和地点，这样他们就可以利用这些光来研究黑洞的环境。”

天文学家知道，黑洞确实会以不同的方式吞噬附近的物质，但这些发现有助于他们限制这种情况发生的频率，以及由此产生的耀斑如何影响附近的邻居。密歇根州立大学助理教授张硕（音译）是这两项研究的团队负责人，他说，关于这些耀斑发生的频率和过去发生的频率，还有很多问题。

张教授说：“这是我们第一次为超大质量黑洞周围的分子云构建了一个24年的变化，这个分子云已经达到了x射线亮度的峰值。它使我们能够了解大约200年前Sgr A*过去的活动。我们的研究团队将继续这场‘天文考古游戏’，进一步揭开银河系中心的奥秘。”

密歇根州立大学团队的这些研究成果在美国天文学会2024年夏季会议上发表。