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 天文学家发现超大质量黑洞吞噬过往恒星 表现出令人惊讶的特性一项新研究发现，无论大小如何，所有黑洞都会经历类似的吸积周期。2018年9月9日，天文学家从8.6亿光年外的一个星系发现了一道闪光。源头是一个质量约为太阳5000万倍的超大质量黑洞。通常情况下，这个巨大的黑洞突然“苏醒”，吞噬了一颗过往恒星，这种罕见的情况被称为潮汐破坏事件。当恒星碎片落向黑洞时，它以光的形式释放出巨大的能量。  麻省理工学院、欧洲南方天文台和其他地方的研究人员使用多个望远镜来观察这个被称为AT2018fyk的事件。令他们惊讶的是，他们观察到，当超大质量黑洞吞噬恒星时，它表现出与更小的、恒星质量的黑洞相似的特性。2021年5月17日发表在《天体物理学杂志》上的这一结果表明，吸积作用，或者说黑洞在吞噬物质时的演化方式，与它们的大小无关。“我们已经证明，如果你见过一个黑洞，从某种意义上说，你已经见过它们了，”研究作者Dheeraj "DJ" Pasham说，他是麻省理工学院Kavli天体物理学和空间研究所的研究科学家。“当你向它们扔出一个气体球时，它们似乎都会做或多或少相同的事情。它们在吸积方面是同样的野兽。”该研究的合著者包括麻省理工学院的首席研究科学家Ronald Remillard 和前研究生Anirudh Chiti 以及欧洲南方天文台、剑桥大学、莱顿大学、纽约大学、马里兰大学、科廷大学、阿姆斯特丹大学和美国宇航局戈达德太空飞行中心的研究人员。恒星的“唤醒”当质量约为我们太阳10倍的小型恒星质量黑洞发出一阵光时，这通常是对来自一颗伴星的物质涌入的回应。这种辐射的爆发引发了黑洞周围区域的特定演变。从静止状态开始，黑洞过渡到一个由吸积盘主导的 "软 "阶段，因为恒星物质被拉入黑洞。随着物质流入量的减少，它再次过渡到一个 "硬 "阶段，白热的日冕接管了它。黑洞最终回到稳定的静止状态，整个吸积周期可能持续几周到几个月。几十年来，物理学家已经在多个恒星质量的黑洞中观察到这种特征性的吸积周期。但是对于超大质量黑洞来说，人们认为这个过程需要太长的时间才能完全捕捉到，因为这些巨大的黑洞通常是“吞食者”，在星系的中心区域缓慢地吞噬气体。Pasham表示：“在超大质量黑洞中，这一过程通常发生在数千年的时间尺度上。人类无法等待那么长时间来捕捉这样的东西。”但是，当黑洞经历了突然的、巨大的物质涌入时，整个过程就会加快，例如在潮汐破坏事件中，当一颗恒星足够接近时，黑洞就会以潮汐方式将其撕成碎片。“在潮汐破坏事件中，一切都很突然，”Pasham说。“你有一大块气体突然被抛向你，黑洞突然被唤醒，它就像，‘哇，有这么多食物--让我吃，，直到它消失’。所以，它在很短的时间内经历了一切。这使我们能够探测人们在恒星质量黑洞中已知的所有这些不同的吸积阶段。”一个超大质量黑洞的周期2018年9月，全天域超新星自动观测系统（ASASSN）发现了一个突发耀斑的信号。科学家们随后确定，该耀斑是涉及一个超大质量黑洞的潮汐破坏事件的结果，他们将其标记为TDE AT2018fyk。Wevers、Pasham和他们的同事对这一警讯跃跃欲试，并能够引导多个望远镜，每个望远镜都被训练成绘制紫外线和X射线光谱的不同波段，朝着该系统前进。该小组利用XMM-牛顿空间望远镜和钱德拉X射线天文台，以及国际空间站上的X射线监测仪器和NICER，以及澳大利亚的射电望远镜，在两年时间里收集数据。“我们在软状态下捕捉到了黑洞，它的吸积盘正在形成，大部分的发射都在紫外线下，只有很少的X射线，”Pasham说。"然后吸积盘塌陷，日冕变得更强，现在它的X射线非常明亮。最终，没有多少气体可供利用，整体亮度下降，回到无法检测的水平。研究人员估计，黑洞潮汐性地破坏了一颗与我们的太阳差不多大的恒星。在这个过程中，它产生了一个巨大的吸积盘，直径大约为120亿公里，并排放出气体，他们估计这些气体大约有 40000 Kelvin，或超过7万华氏度。随着吸积盘变得越来越弱，越来越不亮，一个由紧凑的高能X射线组成的日冕取代了黑洞周围的主导阶段，然后最终逐渐消失。“人们已经知道这种周期发生在恒星质量的黑洞中，这些黑洞只有大约10个太阳质量。现在我们在比它大500万倍的东西中看到了这一点，”Pasham说。欧洲南方天文台的研究员、主要作者Thomas Wevers表示：“未来最令人兴奋的前景是，这种潮汐破坏事件提供了一个窗口，可以看到非常接近超大质量黑洞的复杂结构的形成，如吸积盘和日冕。研究这些结构如何在恒星毁灭后的极端环境中形成和相互作用，我们有希望开始更好地理解支配其存在的基本物理规律。”除了表明黑洞以同样的方式经历吸积，无论其大小如何，该结果仅代表了科学家第二次从头到尾捕捉到日冕的形成。"日冕是一个非常神秘的实体，在超大质量黑洞的情况下，人们已经研究了既定的日冕，但不知道它们何时或如何形成，"Pasham说。"我们已经证明你可以使用潮汐破坏事件来捕捉日冕的形成。我很高兴在未来使用这些事件来弄清楚到底什么是日冕。" NASA捕获木星上独特的“克莱德斑”的迷幻新视角2020年，业余天文学家克莱德·福斯特在木星上发现了一个椭圆形的风暴，徘徊在著名的“大红斑”附近。当时美国宇航局（NASA）的朱诺号航天器掠过，仔细观察了这个被昵称为“克莱德斑”的风暴。2021年4月，朱诺号重新捕捉到了这个新风暴的画面，发现它有一个迷幻新面貌。  NASA在周二的一份声明中把这个风暴描述为“在木星大气层顶层喷发的一缕云物质”。木星以产生古怪的大气形态而闻名，其中许多很快就消散了，但“克莱德斑”有一些持久的力量。NASA表示，“克莱德斑”已经 "发展成一个复杂的结构，科学家称之为折叠丝状区域。这个区域的纬度是原来斑点的两倍，经度是三倍，并有可能持续很长一段时间"。  新的朱诺号观测显示，这个较小的斑点已经从大红斑附近迁移开来。相隔近一年拍摄的图像中的差异是惊人的。在2020年，该斑点看起来很紧凑。在2021年，它看起来像一组抽象的漩涡，就像颜料在水中游动。凯文-吉尔他已经提供了许多精彩的处理过的太空图像--用朱诺号的数据来增强图像，并突出了该斑点随时间的变化。朱诺号于2011年发射，其任务已延长至2025年。“克莱德斑”是朱诺号对木星持续调查的一个证明，也是一个生动的例子，说明这个星球可以有多大的活力。 极端的太空天气可能危及NASA的“阿尔忒弥斯”登月任务位于我们太阳系中心的炽热气体球可能会给未来的月球探索者带来问题。尽管它距离地球约9300万英里，但太阳表面发生的活动将放射性粒子吹到了太阳系。地球的磁场保护我们不受这种活动的影响，但是宇航员在月球上将受到太空辐射的影响。  周四发表在《太阳物理学》杂志上的一项新研究表明，美国宇航局（NASA）即将进行的人类登陆月球的“阿尔忒弥斯”（Artemis）任务可能会对太空天气有一个棘手的经历。通过分析150年的数据，研究人员发现在偶数和奇数的太阳活动周期之间，极端太空天气事件的发生有一些有趣的差异。雷丁大学的天体物理学家Mathew Owens表示：“直到现在，最极端的太空天气事件被认为在时间上是随机的，因此几乎无法围绕它们进行规划。”我们最近才进入奇数的太阳周期：第25个太阳周期，它于2019年12月正式开始，将持续到2030年左右。太阳极大期是在正常约11年的太阳周期中活动最活耀的时期。它经历了巨大的 "日冕物质抛射"--巨大的等离子体释放到宇宙中。这些喷出的等离子体远离太阳，如果它们直接指向地球，可能会影响通信卫星甚至电网等事物。而这是在磁场的保护下。我们不必想象没有磁场会发生什么--我们已经有很多证据。2003年，一个巨大的太阳耀斑损坏了隼鸟号航天器，这是日本宇宙航空研究开发机构（JAXA）的一个小行星探测器，成为世界上首架从小行星上带回物质的探测器。而在月球表面，对极端空间天气的保护是有限的。NASA和国家海洋和大气管理局都不相信第25个太阳周期会 "特别活跃"，但极端事件会发生，我们没有一个好的方法来预测它们。 这就是新研究的意义所在。回顾150年的太阳周期数据，研究人员发现，在偶数周期中，极端的太空天气事件很可能在早期发生。在奇数周期，像我们现在所处的周期，这些极端事件通常发生得更晚。Owens说：“这些新发现应该使我们能够为刚刚开始并将持续十年左右的太阳周期做出更好的太空天气预测。”目前还不清楚为什么会发生这种情况，但它可能与太阳和地球磁场在一个奇怪的太阳周期中的排列方式有关。尽管如此，新的知识将对规划有帮助。这些数据表明，NASA的 "阿尔忒弥斯"计划旨在让人类在2024年之前重返月球，它确实需要遵守其雄心勃勃的时间表，以避免在本十年末预计出现的极端太空天气。“没有糟糕的天气，只有糟糕的准备，”2020年9月，NASA人类探索和运营任务局的首席科学家Jake Bleacher在讨论新太阳周期时说。“太空天气就是这样 -- 我们的工作就是准备。” 天文学家发现彗星内部存在重金属蒸气 由铁镍构成来自比利时的研究小组利用欧洲南方天文台甚大望远镜收集的数据，发现分布在整个太阳系的彗星大气中有不少存在铁和镍。研究人员说，在离太阳很远的彗星中也发现了同样的金属蒸气。另一个来自波兰的研究小组也使用了欧空局的数据，发现在冰冷的星际彗星2I/Borisov中存在着镍蒸气。  参与该项目的科学家说，在过去20年中观察到的彗星大气中检测到铁和镍原子是一个惊喜。总共在大约20颗彗星中发现了这些金属蒸汽，包括那些远离太阳的寒冷空间环境。天文学家说，这些重金属存在于彗星的灰尘和岩石内部，但是固体金属通常不会在低温下升华。因此研究小组没有想到会在远离太阳的寒冷彗星的大气中发现金属蒸汽。在距离太阳4.8亿公里以上的彗星中已经检测到了镍和铁蒸汽，这是地球和太阳之间距离的三倍多，在所研究的彗星大气中，铁和镍的比例大致相等。  有趣的是，在我们的太阳系中发现的太阳和陨石中的物质通常含有约10倍于镍的铁。这一发现对我们了解早期太阳系有影响，但研究小组仍在研究这一信息。这些彗星形成于大约46亿年前的非常早期的太阳系。金属蒸汽在彗星大气中存在的事实多年来一直没有被发现。天文学家是利用欧洲航天局VLT上的紫外线和视觉埃歇尔光谱仪的数据，使用一种叫做光谱学的技术发现的，团队在数据中发现了微弱和不确定的光谱线，在仔细检查后，发现它们是铁和镍原子存在的信号。只是这种物质的数量非常少，研究小组估计，在彗星大气中每100公斤的水，才会有大约1克的铁和大约同样数量的镍。 火星上的Ingenuity无人驾驶飞机使用的是900MHz Zigbee民用无线电通信信不信由你，目前正在火星的天空中飞来飞去的Ingenuity无人驾驶飞机与“毅力号”探测器其实正在使用900MHz Zigbee无线电进行通信。不是Wi-Fi、GSM，也没有用像激光微波之类的奇特技术，而是你用来打开飞利浦Hue灯泡的相同消费技术。  Ben Bromley在Twitter上公布了这个令人难以置信的消息，他是在Linux Unplugged播客中听到的，嘉宾是Zigbee联盟的CEO Tobin Richardson。"Zibee是在NASA的毅力号火星车和半自动飞行无人机之间传输遥测数据的理想无线协议。看看真正的极端环境，如火星，有一个非常轻量级的专用标准是非常理想的，它对获得基本信息至关重要，并使火星上的通信过程中延长电池的使用。"事实证明，使Zibee在智能家居中发挥巨大作用的因素也使其高度适合于前往红色星球的任务。在蓝牙采用LE规范之前，Zigbee无线协议早已成为 "低能量"的典范。这使得它非常适合小型、电池供电的智能家居设备（如运动和温度传感器）的微不足道的数据需求，也适合轻型无人机。该协议的运作也非常稳健，被设计为在一个节点网中运行，可以克服数据包交付失败而不干扰邻近的信号。这就是在不同星球上操作时航天科研人员也想要的那种可靠性。   Zigbee另一个优点是有很大的通信范围，在有遮挡的家庭环境中，Zigbee联盟声称其信号可以达到约150英尺。但在视线范围内，这个距离可以拉得更远，而且在火星极薄的大气层中，可能还会更远，因为火星缺乏地球上的密集无线电干扰。根据NASA的说法，4磅重的Ingenuity直升机能够在 "9个足球场"或大约2700英尺远的地方与毅力号无人机上的火星直升机基站进行通信。如果你希望自己的智能家居产品有这样的范围，那就开始收拾行李去火星吧。   Science视频号  按此关注微信视频号 Science科学 了解未知 开启认知  按此关注中文公众号 Science科学英语平台 THE SCIENCE OF EVERYTHING  按此关注英文公众号 TechEdge 科技 点亮未来  按此关注中文公众号  ◢ 豁然开朗请打赏 ◣  分享“票圈”，逢考必过，点亮“在看”SCI录用率提高18%  |
