6億光年外罕見的黑洞「心跳」，被中國科學家「聽」到了
中國科學家「聽」見6億光年外的黑洞「心跳」
圖片來源：金馳川、NASA戈達德太空飛行中心
在距離地球6億光年外，有一個相當於200萬個太陽質量的超大質量黑洞——RE J1034 396。相比於其他黑洞，它擁有的一個罕見特徵——擁有大約每小時一次的「心跳」。
2007年，天文學家利用歐洲航天局的XMM-牛頓衛星在廣闊宇宙中首次注意到它的「心跳」。這樣的「心跳」有一個專業名稱——X射線准周期振蕩。在此之後，科學家又對它進行了3年的持續觀測，但到了2011年，由於太陽的遮擋，人們不得不與它「告別」，對RE J1034 396「心跳」的監測中止了。
直到2018年，RE J1034 396再次出現在中國國家天文台、英國杜倫大學研究團隊的視野中。他們也特別珍惜這次「久別重逢」，特地向歐洲航天局和美國航空航天局申請使用XMM-牛頓衛星、「核光譜望遠鏡陣列」衛星和「雨燕」衛星來觀測RE J1034 396。這次，他們又有了一個驚人的發現：RE J1034 396不僅還在跳動，它的「心跳」信號更強了。這也是目前觀測到的超大質量黑洞心跳信號的最長持續時間。最近，《英國皇家天文學會月刊》發表了他們的這一研究。
動圖來源：Dr Frederic Vincent, Observatoire de Paris
值得一提的是，已經探測到的黑洞X射線准周期振蕩非常罕見。另外兩個具有「心跳」的黑洞，分別是於2011年發現，位於銀河系旋臂內的小黑洞GRS1915 105；以及2016年由中國國家天文台在活動星系核1H 0707-495的X射線輻射中發現的高頻准周期振蕩信號。
動圖來源：金馳川
這些令人驚喜的發現，也引出了一系列問題：黑洞的「心跳」是怎麼產生的，是什麼原因讓它變得更強烈？此前的研究認為，黑洞的「心跳」應該和其附近的氣體動力學過程相關。黑洞的吸積盤會不斷吸引周圍的物質，周圍物質在接近黑洞時，會釋放大量能量，產生X射線。X射線的周期性振蕩，則可能源自事件視界附近高溫物質的周期性結構變化。而關於黑洞「心跳」的具體原因，還有待進一步探究。論文通訊作者，國家天文台的金馳川研究員表示，這一信號首次證明來自超大質量黑洞的周期性信號可以長期保持穩定，並為我們提供了深入研究其物理機制和起源的重要線索和絕佳機會。
土星北極的風暴為什麼是六邊形？
土星是太陽系中的第二大行星，擁有美麗的冰環和至少82顆衛星。土星還是太陽系中風速最快（時速1800千米）的行星。在土星的赤道、南極和北極，時常會出現一些巨型風暴。
通過卡西尼號探測器，科學家看到了土星上最強烈的一次風暴。這場風暴一度席捲整個土星，肆虐了整整200天。下面的事實或許更能讓人體會其威力：這些風暴形成前的烏雲，就和地球一樣大小。在土星北極出現的六角巨型風暴，更是足以吞噬2個地球。
圖片來源：NASA/JPL-Caltech/SSI
在這些劇烈的風暴之下，科學家一直在思考一個問題：為什麼土星北極出現的風暴是六邊形的？當這一現象在1981年被首次發現後，科學家就一直試圖解釋其中的原因。最近，哈佛大學的研究人員發表於《美國科學院院刊》的文章，給出了他們的解釋。
對於六邊形風暴，此前有兩種猜想：一種認為風暴的深度只有數百千米，此時大氣壓強大約為10倍地球標準大氣壓；另一種觀點認為風暴源自數千千米深的緯向環流（zonal jets），這時的壓強是前一種情況的數萬倍。
卡西尼號在結束使命之前，曾觀測到土星的緯向環流可以延續到壓強相當於至少10萬倍地球標準大氣壓的區域，這無疑為第二種猜想提供了可能。
動圖來源：Yadav and Bloxham, PNAS, 2020
基於上述觀測，研究人員構建3D模型來模擬土星六邊形風暴是如何形成的。模型中，土星外層大氣的熱對流可以同時產生極地的巨型氣旋、緯向環流以及向東的高緯度急流。模型呈現的緯向環流與實際觀測非常相似，顯示出模型的可靠性。而當極地氣旋與向東的急流「擰」在一起，形成了風暴。雖然大氣深處的氣旋可以保持穩定，但淺層大氣中的不穩定性使得風暴看起來更像是多邊形。
雖然仍然無法完美地解釋六角風暴形成的原因，但當有更多的觀測數據時，我們將能更接近事實。
