銀河系中心超大質量黑洞的閃耀之謎：JWST揭開驚人發現

眾所周知，光線無法逃離黑洞，尤其是位於星系中心的超大質量黑洞（SMBH）。然而，圍繞這些黑洞的吸積盤卻能發出極其耀眼的光芒。某些SMBH正處於「活躍進食」狀態，當它們吞噬過去的恆星或氣體雲時，會產生巨大的光量。相比之下，人馬座A*（Sagittarius A*）被認為相對安靜，但這種印象可能部分是因為眾多恆星和塵埃的遮蔽，阻擋了我們的視線。

紅外線受這種幹擾的影響較小，但紅外線望遠鏡的數量極為有限，我們才剛開始以紅外線研究該區域的閃焰。這使得詹姆斯·韋伯太空望遠鏡（JWST）成為觀察銀河系核心的最佳工具。西北大學的Farhad Yusef-Zadeh教授帶領團隊，對人馬座A*進行了總計48小時的觀測，這是JWST迄今為止對銀河系中心進行的最長時間觀測。在一年內的七個時段中，團隊得以比較黑洞閃焰的變化，從分鐘到月份的差異。

「閃焰基本上在所有超大質量黑洞中都會發生，但我們的黑洞非常獨特，」Yusef-Zadeh在一份宣告中表示。「它總是充滿活動，似乎從未達到穩定狀態。我們在2023年和2024年多次觀察黑洞，每次觀察都發現了變化。每次看到的景象都不同，這非常引人注目。沒有任何一次是相同的。」

「在我們的資料中，我們看到亮度不斷變化，像是沸騰一般，」Yusef-Zadeh補充道。「然後，砰！突然出現一次巨大的亮度爆發。之後，它又平靜下來。我們無法從這種活動中找到規律，它似乎是隨機的。每次觀察時，黑洞的活動模式都令人耳目一新。」

團隊使用了JWST的NIRCam儀器，該儀器能夠同時在2.1和4.8微米的波長下進行觀測，就像一臺可以收集紅光和藍光但無法捕捉中間色彩的相機。令團隊驚訝的是，閃焰在較短波長下比在較長波長下早3到40秒開始。

「這是我們首次在這些波長的測量中看到時間延遲，」Yusef-Zadeh解釋道。這些大規模爆發每天發生五到六次，雖然團隊尚不清楚其原因，但他們認為這些爆發與較短的閃焰涉及不同的過程。另一方面，團隊稱之為「次閃焰」的現象出現在最亮的閃焰之前，或許可以用來預測這些閃焰。

就像太陽一樣，吸積盤是等離子體，湍流可以壓縮它，從而導致輻射的短暫上升。Yusef-Zadeh將此比作太陽閃焰，並被人馬座A*的巨大規模放大。團隊認為，更亮、更長的閃焰是磁重聯事件，即磁場之間的相互作用釋放出接近光速的粒子。

「磁重聯事件就像靜電火花，在某種意義上，也是一種『電重聯』，」Yusef-Zadeh說道。波長之間的延遲可以解釋為，如果閃焰中釋放的粒子在過程中失去能量，因為較低的能量會在較長的波長下輻射。這正是磁場中螺旋運動的帶電粒子所發生的現象，但現在斷定這是原因還為時過早。

光速意味著在大範圍內發生的亮度變化無法迅速發生。團隊注意到，在某些大閃焰期間，通量密度在兩分鐘或更短時間內翻倍，這為閃焰的來源區域設定了最大尺寸限制。

團隊已申請使用JWST對人馬座A*進行24小時的連續觀測，以減少噪音，但考慮到這臺強大望遠鏡的時間競爭激烈，申請的成功與否仍不確定。如果時間獲批，Yusef-Zadeh表示：「我們還可以觀察這些閃焰是否具有周期性（或重複出現），或者它們是否真的隨機。」這項研究已發表在《天體物理學期刊通訊》上，並開放公眾閱讀。