NASA's NICER maps debris from recurring cosmic crashes

科学家们最近才发现这类被称为QPEs（准周期喷发）的X射线耀斑。天文学家昵称为安斯基（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能量最高的爆发。安斯基在时间和持续时间方面也创下了记录，大约每4.5天喷发一次，每次持续约1.5天。

"这些QPE是神秘且极其有趣的现象，"位于剑桥的麻省理工学院研究生乔欣·查克拉博蒂（Joheen Chakraborty）说。"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，而安斯基的异常特性正在帮助我们改进这些工具。"

安斯基的名字来源于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。该事件首次表明可能有异常事件正在发生。

由查克拉博蒂主导的一篇关于安斯基的论文于周二发表在《天体物理学杂志》(The Astrophysical Journal)上。

一个主流理论认为，QPE发生在这样的系统中：一个质量相对较低的物体穿过环绕着一个超大质量黑洞的气体盘，该黑洞质量相当于太阳质量的数十万至数十亿倍。

当较低质量物体穿透气体盘时，其经过会驱散膨胀的热气体云，我们在X射线中观测到的就是这些QPE。

科学家认为喷发的准周期性出现是因为较小物体的轨道并非完美的圆形，并且会随时间螺旋式地靠近黑洞。此外，黑洞附近的极端引力扭曲了时空结构，改变了物体的轨道，使得它们每个周期无法自行闭合。科学家目前的理解表明，喷发会重复发生，直到气体盘消失或轨道物体瓦解为止，这一过程可能持续长达数年。

"安斯基的极端特性可能是其超大质量黑洞周围气体盘的性质所致，"智利瓦尔帕莱索大学、千年天体物理学研究所及探索超大质量黑洞的横向研究与技术千年核心（Millennium Nucleus on Transversal Research and Technology to Explore Supermassive Black Holes）的天体物理学家洛雷娜·埃尔南德斯-加西亚（Lorena Hernández-García）说。"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，在其极近处形成了一个小气体盘。而在安斯基的案例中，我们认为气体盘要大得多，可能涉及更远处的物体，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，还领导了发现安斯基QPE的研究，该研究于今年四月发表在《自然·天文学》（Nature Astronomy）上，使用了来自NASA的NICER望远镜、尼尔·格雷尔斯雨燕天文台（Neil Gehrels Swift Observatory）和钱德拉X射线天文台（Chandra X-ray Observatory）以及欧空局（ESA）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月期间每天观测安斯基约16次。观测频率对于探测揭示安斯基产生QPE的X射线波动至关重要。

查克拉博蒂的团队利用来自NICER和XMM-牛顿的数据，通过研究每次喷发上升和下降期间的X射线强度变化，以前所未有的细节描绘了驱动所观测QPE的被抛射物质的快速演化过程。

研究人员发现，每次撞击导致约一个木星质量的物质达到接近光速15%的膨胀速度。

NICER望远镜能够从空间站频繁观测安斯基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安斯基观测数据，都是在2023年5月该仪器经历了一次'光泄露'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（Zaven Arzoumanian）说。"尽管这次泄露（已于今年1月修复）影响了望远镜的观测策略，但NICER仍能为时域天文学（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继续观测安斯基，以探索喷发如何随时间演变。由埃尔南德斯-加西亚领导、查克拉博蒂合著的一篇关于这些结果的论文正在审稿中。

像查克拉博蒂这样的QPE观测研究，也将为科学界迎接多信使天文学的新时代发挥关键作用。多信使天文学结合利用光、基本粒子和被称为引力波的时空涟漪进行测量，以更好地理解宇宙中的物体和事件。

欧空局（ESA）未来LISA（激光干涉仪空间天线）任务（NASA是合作伙伴）的一个目标是研究极端质量比旋进（EMRI）——即像安斯基那样，一个低质量物体围绕一个质量大得多的物体运行的系统。这些系统应该会发射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QPE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安斯基，"查克拉博蒂说。"我们仍处于理解QPE的初期阶段。这是一个如此令人兴奋的时代，因为有太多东西需要去了解。"