NASA's NICER maps debris from recurring cosmic crashes

科学家最近才遇到这类被称为QPEs（准周期喷发）的X射线耀斑。绰号为Ansky的系统是发现的第八个QPE源，它产生了迄今为止观测到的最具能量的爆发。Ansky在时间和持续时间方面也创下了记录，其喷发大约每4.5天发生一次，每次持续约1.5天。

"这些QPE是神秘且极其有趣的现象，"麻省理工学院研究生乔欣·查克拉博蒂表示。"最引人入胜的方面之一是它们的准周期性。我们仍在开发理解QPE成因所需的方法论和框架，而Ansky的异常属性正在帮助我们改进这些工具。"

Ansky的名字来源于ZTF19acnskyy，这是2019年观测到的一次可见光爆发的代号。它位于室女座一个约3亿光年远的星系中。该事件是首次表明可能正在发生不寻常事件的迹象。

一篇由查克拉博蒂领导的关于Ansky的论文于周二发表在《天体物理学杂志》上。

一个主流理论认为，QPE发生在质量相对较低的天体穿过围绕超大质量黑洞（其质量相当于太阳质量的数十万至数十亿倍）的气体盘的系统中。

当较低质量的天体穿透气体盘时，其穿越过程会驱动膨胀的热气云，我们在X射线波段观测到这些气云即为QPEs。

科学家认为喷发的准周期性源于较小天体的轨道并非完美的圆形，并且会随时间螺旋式地向黑洞靠拢。此外，黑洞附近的极端引力扭曲了时空结构，改变了天体的轨道，使其每个周期无法自行闭合。科学家目前的理解认为，喷发会重复发生，直到气体盘消失或轨道天体瓦解为止，这一过程可能长达数年。

"Ansky的极端属性可能源于其超大质量黑洞周围气体盘的性质，"智利瓦尔帕莱索大学、千禧天体物理研究所及探索超大质量黑洞跨学科研究与技术千禧核心的天体物理学家洛雷娜·埃尔南德斯-加西亚表示。"在大多数QPE系统中，超大质量黑洞可能撕裂了一颗经过的恒星，在极近处形成了一个小型气体盘。而在Ansky的案例中，我们认为气体盘要大得多，可能涉及更远距离的天体，从而产生了我们观测到的更长时间尺度。"

埃尔南德斯-加西亚不仅是查克拉博蒂论文的合著者，还领导了发现Ansky的QPEs的研究，该研究于四月发表在《自然·天文学》上，使用了来自NICER（中子星内部组成探测器）、NASA的尼尔·格雷尔斯雨燕天文台、钱德拉X射线天文台以及ESA（欧洲航天局）的XMM-牛顿空间望远镜的数据。

NICER在国际空间站上的位置使其能够在2024年5月至7月期间每天观测Ansky约16次。观测频率对于检测揭示Ansky产生QPEs的X射线波动至关重要。

查克拉博蒂的团队利用NICER和XMM-牛顿的数据，通过研究每次喷发上升和下降阶段X射线强度的变化，以前所未有的细节绘制了驱动观测到的QPEs的被喷射物质的快速演化图。

研究人员发现，每次撞击导致约相当于木星质量（约一个木星质量）的物质达到光速约15%的膨胀速度。

NICER望远镜从空间站频繁观测Ansky的能力及其独特的测量能力，也使团队能够测量膨胀中大致呈球形的碎片泡的大小和温度。

"这些论文中使用的所有NICER对Ansky的观测数据，都是在仪器于2023年5月经历'漏光'之后收集的，"位于马里兰州格林贝尔特的NASA戈达德太空飞行中心该任务科学负责人扎文·阿尔祖马尼安表示。"尽管该漏光问题（已于1月修复）影响了望远镜的观测策略，但NICER仍然能够为时域天文学（研究宇宙中人类可观测时间尺度上的变化）做出至关重要的贡献。"

修复后，NICER继续观测Ansky，以探索爆发如何随时间演化。一篇由埃尔南德斯-加西亚领导、查克拉博蒂合著的有关这些结果的论文正在评审中。

像查克拉博蒂这样的QPE观测研究，也将在为科学界迎接多信使天文学新时代做准备方面发挥关键作用。多信使天文学结合了利用光、基本粒子和称为引力波的时空涟漪进行的测量，以更好地理解宇宙中的天体和事件。

ESA未来的LISA（激光干涉仪空间天线）任务（NASA是合作伙伴）的目标之一是研究极端质量比旋进（即低质量天体围绕一个质量大得多的天体运行的系统，如Ansky）。这些系统应会发出当前设施无法观测到的引力波。在LISA预计于21世纪30年代中期发射之前，对QPEs的电磁研究将有助于改进这些系统的模型。

"我们将尽可能长时间地持续观测Ansky，"查克拉博蒂说。"我们对QPEs的理解仍处于初步阶段。这是一个激动人心的时期，因为有太多东西需要学习。"