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主譯：酥油餅

校對(duì)：甘林

審核：牧夫天文校對(duì)組

美編：張少巖

后臺(tái)：王啟儒

https://sorae.info/astronomy/20260402-quasar-rapid-dimming.html

宇宙之中的變化，在我們?nèi)祟惖母杏X看來往往需要極其漫長(zhǎng)的時(shí)間才能發(fā)生。然而這一次，天文學(xué)家報(bào)告了一項(xiàng)觀測(cè)結(jié)果：在宇宙尺度上被稱為“瞬間”的極短時(shí)間內(nèi)，某個(gè)天體發(fā)生了劇烈的變化。

類星體亮度在約20年內(nèi)驟降至原來的二十分之一

包括我們所在的銀河系在內(nèi)，許多星系的中心都被認(rèn)為存在著一種質(zhì)量高達(dá)太陽數(shù)十萬倍至數(shù)十億倍的天體——超大質(zhì)量黑洞。

雖然黑洞本身不會(huì)發(fā)光，但當(dāng)它以強(qiáng)大的引力吸積周圍氣體時(shí)，會(huì)形成一個(gè)旋轉(zhuǎn)的“吸積盤”。這個(gè)盤內(nèi)的氣體在劇烈摩擦中被加熱，從而釋放出強(qiáng)烈的電磁輻射。這類位于星系中心的活躍區(qū)域被稱為“活動(dòng)星系核（AGN）”，其中最為明亮的，就被稱為“類星體”。

由千葉工業(yè)大學(xué)天文學(xué)研究中心首席研究員諸隈智貴帶領(lǐng)的國(guó)際研究團(tuán)隊(duì)，希望弄清活動(dòng)星系核在漫長(zhǎng)時(shí)間中是如何演化的。為此，他們主要關(guān)注的是對(duì)比“過去”和“現(xiàn)在”的大范圍天區(qū)觀測(cè)數(shù)據(jù)。

具體來說，他們將2000年代初實(shí)施的大規(guī)模巡天項(xiàng)目“斯隆數(shù)字巡天（SDSS）”的畫像，與近年來日本國(guó)立天文臺(tái)夏威夷觀測(cè)所的昴星團(tuán)望遠(yuǎn)鏡所搭載的“超廣視場(chǎng)主焦點(diǎn)相機(jī)（HSC）”獲取的觀測(cè)圖像進(jìn)行了對(duì)比分析。

在對(duì)海量天體數(shù)據(jù)進(jìn)行比對(duì)分析后，一個(gè)現(xiàn)象浮現(xiàn)出來。約100億年前（紅移z=1.767）的類星體“SDSS J021801.90-003657.7”（簡(jiǎn)稱 J0218-0036），其亮度在約20年間驟降至原來的二十分之一。

研究團(tuán)隊(duì)表示，在如此短時(shí)間內(nèi)出現(xiàn)如此劇烈減光的類星體，此前幾乎沒有觀測(cè)先例。

【▲ 不同時(shí)期觀測(cè)到的類星體“J0218-0036”（箭頭）。左邊是2002年左右使用斯隆數(shù)字巡天（SDSS）拍攝的圖像，右邊則是2018年左右使用昴星團(tuán)望遠(yuǎn)鏡搭載的HSC拍攝的圖像。（圖片來源: SDSS、HSC-SSP/日本國(guó)立天文臺(tái)）】

黑洞真的“沒燃料了”嗎？

那么，這種急劇變暗的現(xiàn)象究竟是如何產(chǎn)生的？研究人員利用同樣位于夏威夷莫納克亞山頂?shù)膭P克天文臺(tái)的凱克望遠(yuǎn)鏡進(jìn)行后續(xù)觀測(cè)，同時(shí)結(jié)合從X射線到紅外波段的歷史觀測(cè)數(shù)據(jù)，甚至還參考了約70年前的天文照相底片，對(duì)該天體進(jìn)行了詳細(xì)分析。

通過多波段數(shù)據(jù)和理論模型比較得出的結(jié)果顯示，為黑洞提供物質(zhì)的吸積盤，其物理狀態(tài)很可能發(fā)生了急劇的變化，導(dǎo)致氣體流入量（即質(zhì)量吸積率）急劇下降。換句話說，這個(gè)黑洞可能出現(xiàn)了類似“燃料耗盡”的狀態(tài)。在將星系本身的光與活動(dòng)星系核的光精確分離后，研究人員得出類星體本身的亮度實(shí)際上下降到了原來的約五十分之一。

研究團(tuán)隊(duì)也曾考慮過，光變?nèi)趿说脑蚴欠袷且驗(yàn)閺牡厍騺砜次挥诤诙辞胺降膲m埃云遮擋了光線。但他們發(fā)現(xiàn)，從可見光到紅外波段都出現(xiàn)了明顯變化，這種特征無法用單純的塵埃遮蔽來解釋

【▲ 描繪了活動(dòng)星系核明亮?xí)r期（左）和暗淡時(shí)期（右）的想象圖。上面是星系整體，下面是把活動(dòng)星系核放大的圖像。在氣體被吸積的明亮?xí)r期，存在于黑點(diǎn)狀黑洞周圍的吸積盤和其周圍的氣體與塵埃組成的圓環(huán)（甜甜圈狀構(gòu)造）熠熠生輝。（圖片來源:千葉工業(yè)大學(xué)）】

宇宙尺度下的瞬間變化

期待今后也能發(fā)現(xiàn)類似的天體

這項(xiàng)研究成果最引人注目的地方，在于變化發(fā)生的速度。

至今為止，天文學(xué)家普遍認(rèn)為活動(dòng)星系核中黑洞吸積氣體的變化通常需要數(shù)萬年以上的時(shí)間逐漸顯現(xiàn)。但如果換算到該類星體所在星系自身的時(shí)間尺度，這次觀測(cè)到的“燃料耗盡”過程，僅用了大約短短的7年。這已經(jīng)是在人類一生中完全可以觀測(cè)到的時(shí)間范圍，也因此顛覆了對(duì)現(xiàn)有的黑洞增長(zhǎng)模型的認(rèn)識(shí)。

未來，如果通過昴星團(tuán)望遠(yuǎn)鏡等大視場(chǎng)巡天觀測(cè)，能夠發(fā)現(xiàn)更多類似正在進(jìn)入沉寂期的類星體，我們期待可以更加深入地理解超大質(zhì)量黑洞的活動(dòng)是如何停止與重新啟動(dòng)的、黑洞與其宿主星系之間是如何共同演化的這些問題。

責(zé)任編輯：甘林

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NASA宇航員杰西卡·梅爾在國(guó)際空間站的穹頂艙拍攝了這張漂浮著的阿爾忒彌斯計(jì)劃臂章的照片。（圖片來源: NASA/Jessica Meir）

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