黑洞以不同形式吞噬恆星

宇宙中，幾乎所有星系中心都有超大質量黑洞。這些黑洞都是有耐心的補食者，等待恆星不經意經過它們的地盤時，用無敵的重力場將它們扯碎吞噬。天文學家有時候能在可見光波段看到這個補食過程，有時則是在X射線波段看到，但幾乎沒有同時觀測到這兩種輻射，這代表黑洞是用兩種不同的方式吞噬恆星的嗎？

荷蘭太空研究所（Netherlands Institute for Space Research，簡稱 SRON）暨奈梅亨拉德堡德大學（Radboud Universiteit Nijmegen）天文學家彼得·容克（Peter Jonker）等人透過錢德拉X射線天文台（Chandra X-ray Observatory）觀測一些X射線源，而這些X射線源多年之前都已在可見光波段偵測並識別過。研究結果顯示：這些X射線源顯然都是正在被黑洞吞噬的恆星，而它們在被吞噬過程中，似乎會先發出可見光，而後才發出X射線。所以黑洞的進食習性相當固定，亦即：不管被吞噬的恆星狀況如何，黑洞似乎都以同樣方式進食，而後根據固定模式改變進餐氛圍，從溫和的白光變成蒼白而明亮的X射線。容克等人希望這項假設能透過即將安裝完成的新設施來觀測證實，例如即將發射的愛神（eROSITA）X射線衛星，或是如即將安裝在智利的黑寶石（BlackGEM）的可見光望遠鏡等。

在恆星被黑洞吞噬的過程中，會被逐漸扯碎，而後隨著快速環繞黑洞的過程形成一道被愈拉愈長的物質流，長到甚至能繞完黑洞一週，頭部追上後方尾部的景象，像是貪吃蛇遊戲一樣。這樣頭尾相撞的物質碰撞將導致物質流與黑洞的距離減少，逐漸落向黑洞。容克等人提出兩個可能的假設來解釋可見光和X射線會依次釋出的理論。

第一個假設是可見光輻射是物質流首尾碰撞期間釋出的能量造成的，而X射線則是隨後物質落往黑洞的過程中發出的。恆星被扯碎後的氣體物質會以黑體輻射（black body radiation）方式發光，其波譜的峰質是落在軟X射線波段。

第二種假設認為物質流首尾碰撞會發出X射線，但周邊有稠密的星雲吸收了這些X射線後，再以可見光波段再輻射出來。當恆星物質逐漸消散到一定程度後，這個稠密星雲也變得稀薄到能允許X射線輻射通過的程度，此時物質的勢能（potential energy）也隨之有損失。

無論那個觀點，容克等人的理論都意味著黑洞自旋和被吞噬的恆星發出的X射線量有關。他們認為現今對黑洞的自轉狀況雖仍是未知，不過如果未來愛神X射線衛星能每年觀測到幾百道物質流，就能確認黑洞有自轉；如果每年僅能偵測到少數幾道物質流，那麼黑洞就幾乎是靜止的狀態。

【圖：美國太空總署網；文：節錄自台北市立天文科學教育館網頁】