科學家揭開星系突然變亮之謎，原來是磁場在作怪

2.36億光年外的 1ES 1927+654 星系中發生了一些奇怪的事情：在 2017 年末，由於科學家無法解釋的原因，位於該星系中心的超大質量黑洞經歷了一場巨大的身份危機。在幾個月的時間裡，這個本來就很亮的物體——它非常明亮，屬於一類被稱為活動星系核 (AGN) 的黑洞——突然變得更亮了：在可見光下的亮度是正常情況的近 100 倍。

現在，一個國際天體物理學家團隊，可能已經查明了這種轉變的原因。他們發現，穿過黑洞的磁場線似乎顛倒了過來，導致物體特性發生快速但短暫的變化。

2018 年 3 月上旬 ，由美國俄亥俄州立大學領導的超新星全天自動巡天項目提醒天文學家，一個名為 1ES 1927+654 的星系在可見光下的亮度增加了近 100 倍。隨後，由美國宇航局資助的小行星陸地撞擊持續報警系統對早期探測的搜索表明，噴發始於幾個月前，即 2017 年底。

當美國宇航局的尼爾·格雷爾斯雨燕天文台在 2018 年 5 月首次檢查該星系時，它的紫外線發射量增加了 12 倍，但穩步下降，這表明更早的未觀測到的峰值。然後，在當年六月，該星系的高能 X 射線發射消失了。天文學家表示，這是第一次看到 X 射線完全消失而其他波長變亮。

大多數大星系，包括我們自己的銀河系，都擁有一個超大質量黑洞，其質量是太陽質量的數百萬到數十億倍。當物質落向一個超大質量黑洞時，它首先會聚集成一個巨大的扁平結構，也就是吸積盤。

吸積盤會產生強烈而多樣的輻射，科學家們可以從數十億光年外觀察到這些輻射。

隨著物質緩慢向內旋轉，它會升溫並發出可見光、紫外線和低能量 X 射線光。在黑洞附近，一團極熱的粒子云——稱為日冕——產生更高能量的 X 射線。這些發射的亮度取決於有多少物質流向黑洞。

最初，天文學家認為，1ES 1927+654星系突然變亮，是由一顆恆星引發的，該恆星距離黑洞如此之近，以至於它被撕裂，從而擾亂了氣體的流動。但是天文學家隨後發現，如果是這種情況的話，這次爆發持續的時間不會那麼長。

這一事件當中X射線罕見的消失為天文學家提供了重要線索。他們懷疑黑洞的磁場會產生並維持日冕，因此任何磁場變化都可能影響其 X 射線特性。

5 月 5 日發表在《天體物理學雜誌》上的一項研究認為，活動星系核的磁場可能是其在非常短的時間內演化的關鍵。

該研究的合著者之一、美國科羅拉多大學博爾德分校天體物理學和行星科學系教授米切爾·貝格曼（Mitchell Begelman）說：「磁反轉，北極變為南極，反之亦然，似乎最符合觀測結果。」 他和他的同事、博士後研究員尼古拉斯·塞皮（Nicolas Scepi） 和 傑森·德克斯特（Jason Dexter） 教授開發了一個磁場模型。

該模型顯示，「磁場最初在吸積盤的外圍減弱，導致可見光和紫外光的加熱和變亮」。隨著翻轉的進行，磁場變得如此微弱以至於它不再支持日冕，這導致X射線發射消失了。然後磁場在其新方向上逐漸增強。2018 年 10 月，在它們消失約 4 個月後，X 射線又回來了，表明日冕已完全恢復。到 2021 年夏天，該系已完全恢復到爆發前的狀態。

磁場反轉很可能是宇宙中的常見事件。地質記錄顯示，地球的磁場就發生了不可預測的翻轉，在最近的過去平均每百萬年發生幾次逆轉。相比之下，作為其正常活動周期的一部分，太陽會經歷一次磁反轉，大約每 11 年轉換一次北極和南極。