X射線耀斑

X射線耀斑,英文:X-ray flare,2012年11月研究人員觀察位於銀河系中心的人馬座A*爆發出了迄今最明亮的X射線耀斑,光源距地球約26000光年,耀斑爆發時間超過1小時,然後逐漸變暗。這次短暫的爆發也是研究類似的成熟黑洞的線索之一。

觀測

人馬座A黑洞位於圖中明亮的點狀光源,正釋放X射線耀斑。人馬座A黑洞位於圖中明亮的點狀光源,正在釋放X射線耀斑。

2012年11月,一個由美國麻省理工大學(MIT)、密西根大學、荷蘭阿姆斯特丹大學等單位科學家組成的國際天文小組,利用美國國家航空航天局(NASA)的錢德拉X射線太空望遠鏡,探測到從位於銀河系中心的人馬座A*爆發出的迄今最明亮的X射線耀斑,光源距地球約26000光年,亮度是黑洞正常發光的150倍。耀斑爆發時間超過1小時,然後逐漸變暗。這次短暫的爆發也是研究類似的成熟黑洞的線索。

人馬座A黑洞

人馬座A黑洞是一個相對安靜、釋放相當於太陽能量的黑洞,儘管事實上它的體積是太陽的40億倍。這個黑洞每天出現一次光猝發,科學家正在積極調查這一現象,從而更好地理解黑洞如何進化形成的。

歷史

2003年時,弗萊德里克·巴格諾夫用錢德拉望遠鏡進行了首次觀測,根據當時計算的人馬座A*周圍的氣體數量,它發出的光應該比2012年觀察到的更亮100萬倍。這表明黑洞浪費了絕大部分物質,這部分物質很可能以其他方式被消耗掉了。但尚未找到合理解釋。

在2012年2月9日的一次觀察中,他們探測到了最大的耀斑爆發,發出了“很少”的能量。“很少”只是相對於人馬座A*自身約為太陽40億倍的質量而言的。耀斑爆發原因尚不清楚。

研究

當黑洞吞噬它附近的物質時,會以光的形式發出能量,通過探測這種光能探測到黑洞的存在。新生星系和類星體的中心通常極為明亮,正是其中心黑洞在吞噬周圍物質,發出了大量能量。隨著黑洞變老,吞噬速度會慢下來,“吃”得更少而變得更昏暗。MIT科維理天體物理與太空研究所博士後喬伊·尼爾森表示,正在研究黑洞變老時會怎樣。黑洞雖不像年輕的類星體,但仍然活躍。

MIT科維理研究所弗萊德里克·巴格諾夫說,人們會把黑洞想像成一個真空吸塵器,絕對地吸收一切物質。但在生長速度極低的情況下,它們變成了很挑剔的食客,出於某種原因,它們還會“吹走”大量能量。

不知道出於什麼原因,人馬座A*突然開始吃得更多。MIT科維理研究所麥可·諾瓦克說,對此的一個解釋是,在偶然情況下,一個小行星接近了黑洞,黑洞把它拉過去撕成了碎片,吞掉這些物質並轉化為輻射,如此就看到了這些明亮的大耀斑。諾瓦克推測,儘管這種事件相對罕見,但耀斑爆發的頻率可能比科學家預想的更高。

研究小組還將再花一個多月的時間通過錢德拉望遠鏡來觀察人馬座A*,希望能發現更多的耀斑,並尋找這些周期性爆發的特徵以及導致爆發的可能原因。

加州大學洛杉磯分校天文學教授馬克·莫里斯說,儘管黑洞每天都會爆發一些亮度較小的耀斑,但最近這次這么明亮的耀斑爆發極少探測到。這些明亮耀斑為研究耀斑爆發過程提供了信息,比如耀斑期間的波動變化、光譜變化,以及增強減弱的速度等,這是從微弱耀斑無法獲得的。明亮耀斑有助於科學家構建出強耀斑的統計學特徵,最終通過這些特徵找到耀斑爆發的原因。

巴格諾夫更關心的是黑洞發出的能量為何這么少。確實研究過這種差異,可能由於絕大部分氣體逃逸了,但這不是人們所期望的。人們正在拼湊發生在銀河系中心的歷史。

相關信息-太陽耀斑和耀斑等級

耀斑是太陽上一種強烈的、短暫的能量釋放過程。從地面光學觀測來看,耀斑是太陽表面亮度增強的區域。從X射線和射電輻射觀測來看,耀斑是一種噪聲爆發。它們一般持續幾分鐘到幾個小時。
1859年9月1日,兩位英國的天文學家分別用高倍望遠鏡觀察太陽。他們同時在一大群形態複雜的黑子群附近,看到了一大片明亮的閃光發射出耀眼的光芒。這片光掠過黑子群,亮度緩慢減弱,直至消失。這就是太陽上最為強烈的活動現象——耀斑。由於這次耀斑特彆強大,在白光中也可以見到,所以又叫“白光耀斑”。白光耀斑是極罕見的,它僅僅在太陽活動高峰時才有可能出現。耀斑一般只存在幾分鐘,個別耀斑能長達幾小時。在耀斑出現時要釋放大量的能量。一個特大的耀斑釋放的總能量高達1026焦耳,相當於100億顆百萬噸級氫彈爆炸的總能量。耀斑是先在日冕低層開始爆發的,後來下降傳到色球。用色球望遠鏡觀測到的是後來的耀斑,稱為次級耀斑、色球耀斑。
色球耀斑按面積分為4級,由1級至4級逐漸增強,小於1級的稱亞耀斑。耀斑的顯著特徵是輻射的品種繁多,不僅有可見光,還有射電波、紫外線、紅外線、X射線和伽瑪射線。耀斑向外輻射出的大量紫外線、X射線等,到達地球之後,就會嚴重干擾電離層對電波的吸收和反射作用,使得部分或全部短波無線電波被吸收掉,短波衰弱甚至完全中斷。
X射線耀斑分級不同於色球耀斑。根據耀斑產生的軟X射線輻射強度,科學家將耀斑分成A、B、C、M、X五個級別,每個級別中又劃分10個等級,逢10晉級。一般地球上觀測到的弱耀斑是C級,M級是主要大耀斑,而X級則是極大耀斑。在每個太陽活動高峰期,都會產生10個左右X9級以上的極大耀斑。而它們所拋射的高能粒子與日冕物質通常都會造成一些重大損失,如衛星使用壽命變短、甚至損壞,有時一些超級太陽風暴掠過地球時,會與地球磁場發生磁重聯——將地球磁場完全“撕開”,幾天后才可恢復。不過,地球與太陽已相伴至少46億年,經常會正面遭受太陽風暴,顯然地球上的生命活動未受到顯著影響。
X射線耀斑是以波長範圍1到8埃(0.1到0.8納米)的軟X射線通量的峰值來分級的

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