科学家们在一个积极“进食”的超大质量黑洞中观察到的光闪与其质量有着非常密切的关系，这意味着黑洞质量的大小由它的进食模式揭示。

由伊利诺伊大学厄经过研究，发现巴纳-香槟分校的天文学研究生科林·伯克和沈悦教授领导的团队经过研究，发现吸积盘发出闪烁的光可以显示其中心超大质量黑洞的质量。

后来，在8月12日的《科学》杂志上发表了一篇文章，称他们在一个积极“进食”的超大质量黑洞中观察到的亮度闪烁与其质量有着非常密切的关系。

这些发现为使用光学观测描述超大质量黑洞的质量提供了一种新方法，并有助于限制在吸积盘中发生未知过程的情况。

超大质量黑洞

超大质量黑洞是一种质量在太阳质量的100万到100亿倍之间的黑洞。

在宇宙中的大多数星系中，也包括在我们居住的银河系中心里，都隐藏着一个超大质量黑洞。

超大质量黑洞最明显的形成方式是用缓慢吸积的方式来形成的。在黑洞的周围有一个由气体、星尘和等离子体组成的盘状结构，也就是吸积盘。

在早期宇宙中，当物质在受到黑洞强大引力的作用时，会在其周围形成吸积螺旋并下降。

当超大质量黑洞在快速增长的时候，它们会用超高的速度去积极吸积物质。

当吸积盘中的物质在向黑洞下落的时候，吸积盘中的气体会因为粘性而减速并达到高温，从而散发出大量的辐射，其实还包括可见光、紫外线以及X射线。

尽管这些吸积盘跟它们的宿主星系比起来要小得多，但它们却通常可以照亮整个星系的其他部分。

不过这些吸积盘的光线并不是恒定不变的。由于物理过程的不明确，光会在几个小时到几十年的时间尺度上都显示出闪烁变化。

因此，天文学家一般通过探测黑洞周围吸积盘发出的强烈辐射和热量来推断这些黑洞的存在。

黑洞质量与什么有关？

研究员科林·伯克说：“黑洞质量是黑洞中最重要的物理量。所以了解黑洞的质量对于其他的研究就显得非常重要了，例如说黑洞的形成以及黑洞对宿主星系的影响。”

虽然天文学家有一些可以间接获得黑洞的质量的方法，但这些方法都有一些局限性。

据观察，黑洞在类别上也存在着一定的差距。一些从恒星坍塌的黑洞质量最多约为太阳质量的10倍。

而一些超大质量黑洞的质量却是太阳质量的数百万到数十亿倍，即使是最小的超大质量黑洞，质量也有数十万个太阳质量了，它们通常存在于大质量星系的中心。

有人认为超大质量黑洞的质量与其宿主星系的形状有关，这意味着星系球体的质量与超大质量黑洞的质量有关。

也有些人认为黑洞的质量与星系的色散速度有着更密切的关系，但不过这一说法现在还处在研究阶段。

验证过程

该研究的主要作者伯克说：“目前已经有许多研究探讨了观察到的闪烁与超大质量黑洞质量之间的可能关系，但结果还存在争议，有着一些的不确定。”

为了证明这一推测，作者测量了经过仔细观察的活动星系中67个超大质量黑洞的辐射光通量的变化，用来确定亮度波动明显变小的时间尺度问题，也就是所谓的“阻尼”时间尺度，这个尺度通常有几百天。

他们发现，在活动星系中观测到的整个超大质量黑洞质量范围内，这种阻尼时间尺度与大质量黑洞的质量有很大的相关性，甚至可能延伸到其他天体周围较小的吸积盘上。

随后研究人员还把这个结果与吸积的白矮星进行了比较，结果他们发现在白矮星上也具有相同的时间尺度和质量的关系。

这一发现还为科学家们提供了一种利用光学观测来了解超大质量黑洞质量的新方法，而且该技术不仅适用于黑洞，也适用于像白矮星这样小而密的物体。

研究员沈悦说：“这些结果表明，无论他中心是超大质量黑洞还是较轻的白矮星，他们在吸积过程中的光闪都是常见的。”

伯克和他的同事也说，根据吸积盘的光学可变性测量的时间尺度与其周围超大质量黑洞的质量有关。

当然天文学家还可以把这种变异性作为时间尺度的函数来量化闪变模式。

结论及未来规划

伯克在“进食”中收集了大量关于超大质量黑洞的数据，并带领他的团队分析了闪烁变化的模式，以确定一个特征时间的尺度，这也使得他们能将闪烁模式与超大质量黑洞的质量等同起来。

天文学家探测它们的唯一方法是通过它们对附近恒星和气体的引力影响。

当它们在不“吃”周围的气体和恒星并处于休眠状态的时候，通常他们都不会发出多少光；

然而，当它们在活跃“进食”的时候，它们会产生一种可以持续数小时或数十年闪烁的光，我们也可以从整个宇宙中检测到这种模式。

因此，该团队的研究人员表示，闪烁的光是黑洞在“吃”的过程中的随机波动。当然天文学家也可以通过测量作为时间尺度函数可变性的力去量化这种闪烁模式。

对于吸积的超大质量黑洞来说，光的变化模式从短时间尺度变为长时间尺度的时候，这种模式转变发生在一个特征时间尺度上，当然对于质量较大的黑洞来说，他的时间尺度也会更长一些。

伯克说：“既然闪烁模式和中央吸积物的质量之间存在着相关性，那我们也许可以用它去预测中等质量黑洞的闪烁信号。”

现在世界各地的天文学家都在等待大规模观测时代的开始。智利时空遗产调查项目的VeraC.Rubin天文台将在2023年底开始进行为期十年的太空探索，并收集数十亿个物体闪烁的数据。

刘欣研究员说：“寻找与不断扩大的超大质量黑洞相一致的闪烁模式，通过挖掘LSST的数据集，有可能帮助人类发现和了解这群神秘的黑洞。”