黑洞體型無論小或大,發射噴流都遵循一套終極鐵律
無論質量僅約太陽 10 倍還是重達太陽數百萬倍,新研究發現各種黑洞似乎都在進食週期內同一特定臨界點發射強大噴流。
我們常把黑洞想像成宇宙吸塵器,但更精確比喻是「邋遢食客」,當一顆恆星因過度靠近超大質量黑洞而被引力場撕碎(潮汐破壞事件),黑洞並不會將物質吸得乾乾淨淨,而是一部分吞下去,另一部分像打嗝以強大噴流形式吐回太空,這些噴流能將物質送到極遙遠距離外,影響母星系、甚至鄰近星系演化。
天文學家之前已注意到一個奇怪現象:有些黑洞撕碎恆星後,很快就發射噴流,有些卻要過好幾個月甚至幾年才突然發射噴流。
科廷大學國際射電天文研究中心(ICRAR)天體物理學家 Adelle Goodwin、普林斯頓高等研究院 Andrew Mummery 博士追蹤世界各地望遠鏡多年觀測結果,帶來關鍵研究突破,指出黑洞噴流並非隨機發生,而是都發生在黑洞「進食速率」下降到特定值──愛丁頓極限 2%。
愛丁頓極限是黑洞的最大進食速度,當黑洞吃太快,向外輻射壓會推開物質阻止黑洞繼續吞噬,團隊分析了 20 個潮汐破裂事件,發現 2 個明確噴流階段:
第一階段(早期):發生在黑洞「暴飲暴食」、進食速率極高之際。
第二階段(晚期):發生在恆星被撕裂後數百天~數千天,當黑洞進食速率下降到愛丁頓極限約 2%。
這些黑洞的質量天差地遠,但物理定律似乎根本不在乎黑洞體型大小,都在特定關鍵點達到噴流發射物理條件。
過去想驗證「大黑洞、小黑洞噴流遵循同一套規則」極困難,因為超大質量黑洞演化歷程緩慢,動輒數千年,人類根本活不到看它吃完一頓飯,但潮汐破壞事件這類罕見事件能將超大質量黑洞的進食時數壓縮為數年,幫助天文學家觀察過程發展。
確認這條法則既滿足科學家求知慾也有實際用途:讓望遠鏡觀測效率更高。
尖端望遠鏡儀器相當搶手,觀測時間以分秒計價,因此知道「何時看」比「往哪看」更重要,過去我們不確定黑洞何時發射噴流,只能對著太空守株待兔,浪費大量觀測時間。如今有了愛丁頓極限 2% 法則,天文學家就能預測「這個黑洞進食速率快掉到臨界點了,準備開機!」讓寶貴觀測資源發揮最大效益,捕捉最關鍵瞬間。
新論文發表在《自然天文學》(Nature Astronomy)期刊。
Black holes from stellar to supermassive size may follow one jet-launching rule
A universal critical accretion rate for black hole jet formation
(首圖來源:AI 生成)