外觀可能具有欺騙性。白熾燈泡的光看起來很穩(wěn)定，但實(shí)際上它每秒閃爍120次。因?yàn)榇竽X只感知它所接收到的信息的平均值，這種閃爍是模糊的，對(duì)持續(xù)照明的感知只是一種幻覺。雖然光線無法逃離黑洞，但快速運(yùn)行的氣體的明亮光芒有其獨(dú)特的閃爍。

在6月17日發(fā)表在《天體物理學(xué)雜志快報(bào)》上的一篇最新論文中，高級(jí)研究所的威廉-D-拉夫林成員Lena Murchikova、普林斯頓大學(xué)的Chris White 和加州大學(xué)圣塔芭芭拉分校的Sean Ressler能夠利用這種微妙的閃爍來構(gòu)建迄今為止我們自己星系的中心黑洞–人馬座A*（Sgr A*）的最精確模型，提供了對(duì)其結(jié)構(gòu)和運(yùn)動(dòng)等特性的洞察力。

研究人員首次在一個(gè)單一的模型中展示了氣體如何在銀河系中心旅行的完整故事–從被恒星吹走到落入黑洞。通過觀察閃爍的光，研究小組得出結(jié)論，銀河系中心黑洞“進(jìn)食”的最有可能的情況涉及到從遠(yuǎn)處直接進(jìn)入的氣體，而不是在很長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)緩慢抽走軌道上的物質(zhì)。

Murchikova說：“黑洞是其自身秘密的‘守門人’。為了更好地了解這些神秘的天體，我們依賴于直接觀察和高分辨率的建模。”

雖然黑洞的存在在大約100年前由卡爾·施瓦茨柴爾德根據(jù)阿爾伯特·愛因斯坦的新引力理論預(yù)測(cè)出來，但研究人員現(xiàn)在才開始通過觀測(cè)來探測(cè)它們。

2021年10月，Murchikova在《天體物理學(xué)雜志快報(bào)》上發(fā)表了一篇論文，介紹了一種研究黑洞閃爍的方法，時(shí)間尺度為幾秒鐘，而不是幾分鐘。這一進(jìn)展使研究人員能夠根據(jù)Sgr A*的閃爍對(duì)其屬性進(jìn)行更準(zhǔn)確的量化。

White 一直在研究黑洞附近的氣體發(fā)生的細(xì)節(jié)（在那里廣義相對(duì)論的強(qiáng)效應(yīng)很重要），以及這如何影響到來到我們身邊的光線。今年早些時(shí)候發(fā)表的《天體物理學(xué)雜志》總結(jié)了他的一些發(fā)現(xiàn)。

Ressler花了數(shù)年時(shí)間，試圖構(gòu)建迄今為止對(duì)Sgr A*周圍氣體最真實(shí)的模擬。他通過將對(duì)附近恒星的觀測(cè)直接納入模擬，并細(xì)致地跟蹤它們落入黑洞時(shí)脫落的物質(zhì)來做到這一點(diǎn)。 他最近的工作成果此前已發(fā)表在《天體物理學(xué)雜志》上。

Murchikova、White 和 Ressler 隨后合作，將觀察到的Sgr A*的閃爍模式與他們各自的數(shù)字模型所預(yù)測(cè)的閃爍模式進(jìn)行比較。

“結(jié)果證明是非常有趣的，”Murchikova解釋說?！伴L(zhǎng)期以來，我們認(rèn)為我們可以在很大程度上不考慮黑洞周圍的氣體來自哪里。典型的模型設(shè)想了一個(gè)人工的氣體環(huán)，大致呈甜甜圈狀，在離黑洞的某個(gè)大距離。我們發(fā)現(xiàn)，這種模型產(chǎn)生的閃爍模式與觀測(cè)結(jié)果不一致?！?/p>

Ressler的恒星風(fēng)模型采取了一種更現(xiàn)實(shí)的方法，即黑洞所消耗的氣體最初是由銀河系中心附近的恒星脫落的。當(dāng)這些氣體落入黑洞時(shí)，它再現(xiàn)了正確的閃爍模式。Ressler評(píng)論說： “建立這個(gè)模型的目的不是為了解釋這個(gè)特定的現(xiàn)象。成功決不是一種保證。因此，在多年的工作之后，看到該模型如此戲劇性地成功是非常令人鼓舞的?！?/p>

“當(dāng)我們研究閃爍時(shí)，我們可以看到黑洞每秒發(fā)出的光量的變化，在一個(gè)晚上的時(shí)間里進(jìn)行成千上萬次的測(cè)量，”White 解釋說。“然而，這并不能像大規(guī)模圖像那樣告訴我們氣體在空間中是如何排列的。通過結(jié)合這兩種類型的觀測(cè)，有可能減輕每一種的局限性，從而獲得最真實(shí)的畫面?！?/p>