黑洞為什麼會閃爍？磁流體力學有簡單答案

黑洞是扭曲時空的黑暗怪獸，但與直覺相反，有些黑洞十分明亮──嚴格來講不是黑洞本身亮，而是黑洞四周有圈發光的「吸積盤」，盤亮度有時甚至比整個星系還高。

這些異常明亮、稱為「類星體」（quasar）的巨大黑洞，天文學家發現亮度並非恆常不變，而有時間不等的亮度變化，這現象或許與黑洞吸積盤如何吞噬天體有非常高的關連性。

來自台灣、現於澳洲國立大學（ANU）天文學與天體物理學系（RSAA）就讀博士班的湯濟家與研究團隊觀察超過5千個黑洞，分析長達五年觀測資料，運用磁流體力學模型找到十分明確的規律。研究於2月發表於知名《自然天文學》（Nature Astronomy）期刊。

黑洞周遭的極端環境，許多物理定律與地球日常規則大不同，引力和磁場交互作用是不可忽略的關鍵因素。但黑洞吸積盤結構非常混亂且高速旋轉，究竟要如何由吸積盤活動解釋類星體光度變化，一直令天文學家十分困惑。

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最新研究，得益於NASA在夏威夷的ATLAS望遠鏡長時間巡天觀測，研究團隊得以詳細記錄每個類星體不同時間點的亮度變化，並運用統計法分析數據。團隊仔細觀察5千個最明亮類星體，發現當依照吸積盤大小、亮度和顏色分類時，亮度變化模式與吸積盤環繞黑洞的速率有普遍相關。

天文學家過去研究吸積盤亮度變化時，會將許多各種類星體性質考慮進去，形成很長很複雜的關係式。但此研究以大量觀測資料為基礎，當時間差換成以熱平衡時間尺度為單位後，吸積盤亮度變化和時間差會呈現簡單線性關係，也就是說不論吸積盤大小、亮度或顏色，只要以熱平衡時間尺度為單位，類星體亮度變化模式都一樣。這結果與建立於磁流體力學、稱為磁旋轉不穩定性理論的預測結果十分相符，可說是為黑洞吸積盤的研究指明一條清晰的路。

磁旋轉不穩定性理論1998年提出，此研究確認可解釋磁場如何與黑洞吸積盤上物質交互作用，最終導致時間不同有亮度變化。這項發現開闢了研究黑洞吸積盤性質的新途徑，下一步是更仔細檢查不同類星體亮度的細微差異，看看這些資訊是否包含辨識黑洞吸積盤角度的線索，使我們更全面性了解黑洞的性質。