銀河系中心的黑洞擁有出人意料的“送餐服務”，這令黑洞能夠在數月內得到 “食物”無需等上數百年。
模擬器截圖顯示，超大質量黑洞盡情享用周圍的氣盤和塵埃盤。（圖源：亞曆山大·契科夫斯科伊（A. Tchekhovskoy）/尼克·卡茲（Nick Kaaz）/美國西北大學）
超大質量黑洞可能擁有完全出人意料的宇宙外賣服務，爲它提供豐盛的氣體和塵埃。這可能導致宇宙巨頭黑洞的進食速度比科學家預期的要快得多，它們在數月裏貪婪地進食，而不是數百年或是數千年裏。
有人認爲，超大質量黑洞位于大多數星系的中心，其質量是太陽的數百萬甚至數十億倍。當大片氣體和塵埃，即吸積盤環繞時，黑洞會驅動類星體。類星體是活躍星系明亮的核心，亮度甚至能夠超過整個星系中每顆星星的加起來的亮度。
關于黑洞進食速度的新發現，可能有助于揭示超大質量黑洞如何吞噬周圍物質以及吞噬過程如何影響星系的演化。
這項研究是經高分辨率三維模擬得出的結果，研究由一支科學家團隊推進，原先是研究黑洞的動力學，卻意外地捕捉到了黑洞驚人的進食速度這一難以捕捉的現象。一些類星體的真實觀測結果也可以佐證黑洞快速的進食速度，其中一些類星體在幾個月內會從發光到暗淡。
科學家團隊負責人、美國西北大學的天文學家尼克·卡茲（Nick Kaaz）在一份聲明中表示，“黑洞如何蠶食氣體是吸積盤物理學的核心問題。如果知道這是如何發生的，這將告訴我們吸積盤持續多久，有多亮，以及我們用望遠鏡觀測時光譜是什麽樣的。”
超大質量黑洞在用餐時簡直是個打撈器。
超大質量黑洞巨大無比，在旋轉時，它們會拖拽時空的結構，這一現象被稱爲“空間拖曳”（frame dragging）或“倫塞-西淩”效應（Lense-Thirring effect）。奧克裏奇國家實驗室（Oak Ridge National Laboratory）的超級計算機Summit的三維模擬顯示，這種空間的扭曲會撕裂吸積盤，使其分裂成內部和外部的“子盤”。
超大質量黑洞先吞食內部盤中的氣體和塵埃，將內部盤當作開胃菜。與此同時，外部盤中的物質進入，最終填補了黑洞吞食內部盤留下的空隙。而後，這個被填滿的盤成爲主菜，黑洞重新開始進食。
模擬器截圖顯示，超大質量黑洞盡情享用周圍的氣盤和塵埃盤的新方式。（圖源：亞曆山大·契科夫斯科伊（A. Tchekhovskoy）/尼克·卡茲（Nick Kaaz）/美國西北大學）
該研究團隊的模擬計算表明，黑洞吞噬、補充食物、再次吞噬的整個過程在短短幾個月內就能完成，比之前計算的時間尺度明顯要快得多。這可能最終解釋了爲什麽有些類星體會快速閃爍然後消失。
卡茲表示，“古典吸積盤理論預測吸積盤會緩慢演化，但有些類星體（由黑洞從吸積盤中吞噬氣體形成）似乎會在短短幾個月到幾年的時間裏發生巨變。這種變化非常劇烈。”
卡茲還是天體物理學跨學科探索與研究中心（CIERA）的成員。他指出，從模擬中可以看出，類星體發光的吸積盤內部（大多數光線由此發出）會被摧毀而後重新補充。
“傳統吸積盤理論無法解釋這種劇烈的變化，”卡茲說，“但我們在模擬中看到的現象可能可以解釋。光線的快速變亮和變暗與被摧毀的內部區域盤是一致的。”
超大質量黑洞吃類似陀螺儀中的內盤而不是外盤
模擬器截圖顯示，超大質量黑洞盡情享用周圍的氣盤和塵埃盤的新方式。（圖源：亞曆山大·契科夫斯科伊（A. Tchekhovskoy）/尼克·卡茲（Nick Kaaz）/美國西北大學）
一些科學家提出，盡管環繞超大質量黑洞的吸積盤經曆了猛烈的情況，但受坐落在中心處超大質量黑洞的引力影響，這些吸積盤秩序井然。受黑洞引力影響，吸積盤中的氣體和塵埃繞著黑洞旋轉，同時，停留在同一平面上，沿著與黑洞相同的旋轉方向旋轉，而氣體逐漸落到黑洞的外邊界。這一邊界被稱爲“事件視界”（event horizon）。
卡茲說：“過去幾十年來，天文學家曾做出了一個大膽的假設——吸積盤與黑洞的旋轉方向一致。但是黑洞的“食物”氣體不一定知道黑洞的旋轉方向，那麽氣體爲什麽會自動跟隨黑洞旋轉呢？改變黑洞和氣體之間的默契，整體情況會有所不同。”
這張新出爐的圖片顯示，正在進食的超大質量黑洞身處的環境更加混亂和動蕩。
模擬器截圖顯示，超大質量黑洞盡情享用周圍的氣盤和塵埃盤的新方式。（圖源：亞曆山大·契科夫斯科伊（A. Tchekhovskoy）/尼克·卡茲（Nick Kaaz）/美國西北大學）
這一現象歸結于倫塞-西淩效應（Lense-Thirring effect）。物體接近黑洞中央時，這種效應會變得愈發強烈，從而導致吸積盤擺動，最內部區域旋轉速度更快。這類似于一個旋轉的陀螺，速度減慢時開始擺動，但內盤的擺動比外盤更劇烈。
這使整個磁盤系統發生彎曲，並導致來自不同區域的氣體相互碰撞，産生明亮的沖擊波，促使物質越來越靠近超大質量黑洞本身。最終，擺動效應變得異常強烈，以至于吸積盤分裂。由此産生的內盤和外盤分別演化並産生不同的擺動。到這時，整個吸積盤更像是一個陀螺儀的環，而不是一個旋轉的盤子。
卡茲說：“撕裂時，內盤會獨立地向前推進。它旋轉得更快，因爲它離黑洞更近，而且它很小，所以更容易移動。”
模擬器截圖顯示，超大質量黑洞盡情享用周圍的氣盤和塵埃盤的新方式。（圖源：亞曆山大·契科夫斯科伊（A. Tchekhovskoy）/尼克·卡茲（Nick Kaaz）/美國西北大學）
該團隊創建的模擬器表明，超大質量黑洞的瘋狂進食始于內盤和外盤之間的分裂處，即“撕裂區”。此外，在摩擦力試圖統一內外盤的同時，倫塞-西淩效應進一步將它們分開。
卡茲說：“黑洞的旋轉與盤內的摩擦力和壓力之間存在競爭。撕裂區是黑洞獲勝的地方。內盤和外盤相互碰撞，外盤削去內盤的外層，將其向黑洞內推。”
模擬器截圖顯示，超大質量黑洞盡情享用周圍的氣盤和塵埃盤的新方式。（圖源：亞曆山大·契科夫斯科伊（A. Tchekhovskoy）/尼克·卡茲（Nick Kaaz）/美國西北大學）
因爲內外盤的旋轉方向各不相同，外盤物質流入內盤，推動內盤靠近黑洞，加快了內盤被黑洞吞噬的速度。與此同時，黑洞巨大的引力將外盤物質拉入內盤所在的位置。
“吸積盤內部區域是大部分亮度來源，但亮度可能會在數月內完全消失——消失得非常快，”卡茲說，“我們基本上能看到光亮完全消失。內外盤不再發光，而後再次發光，這一過程又重新開始。過往的理論一開始無法解釋內外盤亮度爲什麽會消失，同時也沒有解釋它是如何快速地被重新充滿的。”
BY:Robert Lea
FY:朱思穎Haily
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