这项发表在《自然·天文学》上的发现表明，黑洞可以在其进食周期的同一关键阶段激活其喷流，无论它们的质量大约是太阳的10倍还是数百万倍以上。
这项研究由科廷大学国际射电天文学研究中心（ICRAR）的天体物理学家、福雷斯特研究基金会研究员阿黛尔·古德温（Adelle Goodwin）博士领导，合著者为普林斯顿高等研究院的安德鲁·马默里（Andrew Mummery）博士。
这一突破源于多年来对超大质量黑洞撕裂恒星这一不寻常事件的研究。通过结合来自澳大利亚、美国、印度、南非的望远镜以及太空望远镜的观测数据，科学家们拼凑出了一幅关于黑洞在吞噬物质时如何表现的更JianCe图景。
令人惊讶的是，这一关键见解并非在检查望远镜时产生。它发生在马德里的一家酒吧里，当时古德温和马默里正在那里参加一个科学会议。在交谈中，他们意识到，已知支配相对较小黑洞喷流形成的规律似乎同样适用于超大质量黑洞。
为什么有些黑洞在吞噬恒星数年后才爆发
研究人员想要解释的最大谜团之一是，为什么黑洞并不总是在同一时间发射喷流。
当超大质量黑洞撕裂一颗恒星时，有时几乎会立即产生强大的喷流。在其他情况下，黑洞会在数月甚至数年内显得相对安静，然后突然产生可探测到的射电外流。
“我们在观察这些事件时，不禁要问为什么时间点如此不同，”古德温博士说。
“然后规律变得JianCe起来。当黑洞的进食率下降到已知较小黑洞的同一临界点时，延迟喷流就会出现。
“那一刻我们意识到，这不仅仅是某一种黑洞的怪癖，而看起来像是一条适用于整个宇宙的规律。”
尽管黑洞常被描绘成吞噬附近一切物质的宇宙真空吸尘器，但它们的进食行为要复杂得多。
当物质螺旋落向黑洞时，并非所有物质都一定会消失在事件视界（即任何物质都无法逃脱的边界）之外。一些物质反而会通过强大的喷流和其他外流被喷射到太空中。
“当黑洞撕裂一颗恒星时，它并不会干净利落地吞噬一切，”古德温博士说。
“一部分物质被消耗掉，另一部分则通过强大的喷流和外流被发射回太空中。
“你可以把它想象成黑洞打了个嗝，只不过这些‘嗝’能将物质喷射到极远的距离，并影响其周围的星系。”
这些巨大的外流可以将能量和物质带到远离黑洞的地方，从而可能影响周围的星系。
科学家如何研究活动中的超大质量黑洞
天文学家长期以来一直怀疑，无论质量大小，黑洞都遵循相同的底层物理定律运作。然而，要证明这种联系一直很困难。
一个主要障碍是时间。超大质量黑洞的进食行为可能在数千年内发生变化，这使得天文学家几乎不可能观测到一个完整周期的展开。
古德温和她的同事们通过研究被称为潮汐瓦解事件的罕见事件来解决这个问题。
当一颗恒星过于靠近超大质量黑洞并经历极端引力以至于被撕裂时，就会发生这些事件。由此产生的一些碎片会落向黑洞，暂时增加其进食活动。
与通常与超大质量黑洞相关的漫长得多的变化不同，这些戏剧性的事件可以在短短几年内上演。这为科学家提供了一个难得的机会，以追踪巨型黑洞在物质供应发生变化时如何反应。
该团队最初利用在可见光、紫外线、X射线和射电波段收集的观测数据检查了20次潮汐瓦解事件。然后，他们从中挑选了10个事件，这些事件的可用数据使他们能够可靠地估计黑洞消耗物质的速率以及其射电外流的时间点。
通过比较这些事件，研究人员发现了一个惊人一致的模式。
黑洞喷流的普适2%法则
观测揭示了黑洞产生喷流的两个不同阶段。
第一阶段发生在进食过程早期，此时黑洞以极高的速率消耗物质。
第二阶段可能发生在很久之后，即恒星最初被摧毁后的数百甚至数千天之后。
在这个延迟阶段，当黑洞的进食率降至其爱丁顿极限的约2%时，喷流就会出现。
爱丁顿极限是一个理论基准，描述了辐射产生的向外压力与引力产生的向内拉力相平衡的点。天文学家用它来衡量黑洞进食的强度相对于特征物理极限的大小。
使这一发现特别具有重要意义的是，同样的2%阈值已经与银河系内小得多的黑洞的喷流形成联系在一起。
换言之，质量差异巨大的黑洞似乎在基本相同的相对进食率下激活延迟喷流。
“这些黑洞在质量上存在巨大差异，但它们似乎在进食过程中的同一点开启喷流，”古德温博士说。
“这告诉了我们一些关于黑洞的基本事实：物理学似乎并不关心它们有多大。”
这一发现为一个原本令人费解的观测结果提供了潜在解释。一些黑洞在摧毁恒星后不久就会产生射电喷流，而另一些则显得不活跃，直到很久之后才产生强大的外流。
这些延迟爆发并非不可预测，而是可能受一个共同的物理阈值支配。
预测黑洞何时发射喷流
除了揭示关于黑洞物理学的基本规律外，这一发现还可以帮助天文学家更好地利用强大的射电望远镜。
主要科学设施的观测时间是有限且竞争激烈的。研究人员必须仔细决定研究哪些天体、观测频率如何，以及它们最有可能在何时揭示重要信息。
如果天文学家能够估计黑洞的进食率何时接近临界阈值，他们也许能够预测延迟喷流何时可能出现。
“射电望远镜功能极其强大，但知道何时观测与知道观测哪里同样重要，”古德温博士说。“如果我们能预测黑洞何时更有可能发射喷流，我们就可以开展更有针对性的观测活动，减少无效观测，并提高我们在最关键时刻捕捉到这些罕见事件的机会。”
这可以减少不必要的后续观测，同时增加在关键时刻探测到罕见喷流发射事件的机会。
这对于西澳大利亚州具有特别重要的意义，该地将承载平方公里阵列天文台（SKA）的低频部分，这是迄今为止规模最大、最具雄心的射电天文学项目之一。
澳大利亚政府已向SKA投资3.87亿美元，而该项目的总成本超过20亿美元。更高效地利用如此昂贵的设施可以为天文学家和更广泛的科学界带来巨大收益，从而有可能在可用的观测时间内取得更多重要发现。
随着下一代天文巡天识别出越来越多的潮汐瓦解事件，研究人员在决定哪些事件值得密切关注时将面临日益严峻的挑战。
新发现的进食率与喷流形成之间的关系可以提供有价值的指导，帮助科学家将观测重点放在最有可能产生可探测外流的黑洞上。
由好奇心驱动的黑洞突破
福雷斯特研究基金会主任詹姆斯·阿瓦尼塔基斯（James Arvanitakis）教授表示，这一发现突显了支持早期职业科学家的重要性，这些科学家在追求雄心勃勃的问题时，并不预先知道答案将导向何方。
这种开放式的研究，通常被称为“蓝天”研究，能够产生意想不到的发现，其益处远远超出了最初的科学问题。
“福雷斯特研究基金会并没有资助一个预设的答案，我们支持的是一位带着难题的杰出研究员，”阿瓦尼塔基斯教授说。
“这个问题带来了一项具有国际意义的发现。这正是基础研究之所以重要的原因——它拓展了我们的认知，提升了我们使用主要科学基础设施的方式，并构建了远远超越天文学的能力。
“这一发现由西澳大利亚推动的事实，证明了我们研究生态系统的实力，以及让杰出人才有理由在这里建立职业生涯的价值。”
通过将相对较小的黑洞的行为与超大质量黑洞的行为联系起来，这些发现强化了这样一种观点，即相同的基本物理过程在截然不同的尺度上运作。
它们还为天文学家提供了一种更可靠的方法来预测宇宙中最戏剧性的现象之一：黑洞开始向太空发射强大喷流的时刻。