科学家揭开星系突然变亮之谜，原来是磁场在作怪

2.36亿光年外的 1ES 1927+654 星系中发生了一些奇怪的事情：在 2017 年末，由于科学家无法解释的原因，位于该星系中心的超大质量黑洞经历了一场巨大的身份危机。在几个月的时间里，这个本来就很亮的物体——它非常明亮，属于一类被称为活动星系核 (AGN) 的黑洞——突然变得更亮了：在可见光下的亮度是正常情况的近 100 倍。

现在，一个国际天体物理学家团队，可能已经查明了这种转变的原因。他们发现，穿过黑洞的磁场线似乎颠倒了过来，导致物体特性发生快速但短暂的变化。

2018 年 3 月上旬 ，由美国俄亥俄州立大学领导的超新星全天自动巡天项目提醒天文学家，一个名为 1ES 1927+654 的星系在可见光下的亮度增加了近 100 倍。随后，由美国宇航局资助的小行星陆地撞击持续报警系统对早期探测的搜索表明，喷发始于几个月前，即 2017 年底。

当美国宇航局的尼尔·格雷尔斯雨燕天文台在 2018 年 5 月首次检查该星系时，它的紫外线发射量增加了 12 倍，但稳步下降，这表明更早的未观测到的峰值。然后，在当年六月，该星系的高能 X 射线发射消失了。天文学家表示，这是第一次看到 X 射线完全消失而其他波长变亮。

大多数大星系，包括我们自己的银河系，都拥有一个超大质量黑洞，其质量是太阳质量的数百万到数十亿倍。当物质落向一个超大质量黑洞时，它首先会聚集成一个巨大的扁平结构，也就是吸积盘。

吸积盘会产生强烈而多样的辐射，科学家们可以从数十亿光年外观察到这些辐射。

随着物质缓慢向内旋转，它会升温并发出可见光、紫外线和低能量 X 射线光。在黑洞附近，一团极热的粒子云——称为日冕——产生更高能量的 X 射线。这些发射的亮度取决于有多少物质流向黑洞。

最初，天文学家认为，1ES 1927+654星系突然变亮，是由一颗恒星引发的，该恒星距离黑洞如此之近，以至于它被撕裂，从而扰乱了气体的流动。但是天文学家随后发现，如果是这种情况的话，这次爆发持续的时间不会那么长。

这一事件当中X射线罕见的消失为天文学家提供了重要线索。他们怀疑黑洞的磁场会产生并维持日冕，因此任何磁场变化都可能影响其 X 射线特性。

5 月 5 日发表在《天体物理学杂志》上的一项研究认为，活动星系核的磁场可能是其在非常短的时间内演化的关键。

该研究的合著者之一、美国科罗拉多大学博尔德分校天体物理学和行星科学系教授米切尔·贝格曼（Mitchell Begelman）说：“磁反转，北极变为南极，反之亦然，似乎最符合观测结果。” 他和他的同事、博士后研究员尼古拉斯·塞皮（Nicolas Scepi） 和 杰森·德克斯特（Jason Dexter） 教授开发了一个磁场模型。

该模型显示，“磁场最初在吸积盘的外围减弱，导致可见光和紫外光的加热和变亮”。随着翻转的进行，磁场变得如此微弱以至于它不再支持日冕，这导致X射线发射消失了。然后磁场在其新方向上逐渐增强。2018 年 10 月，在它们消失约 4 个月后，X 射线又回来了，表明日冕已完全恢复。到 2021 年夏天，该系已完全恢复到爆发前的状态。

磁场反转很可能是宇宙中的常见事件。地质记录显示，地球的磁场就发生了不可预测的翻转，在最近的过去平均每百万年发生几次逆转。相比之下，作为其正常活动周期的一部分，太阳会经历一次磁反转，大约每 11 年转换一次北极和南极。

该图显示了活动星系 1ES 1927+654 在最近爆发前的吸积盘、日冕（盘上方的苍白锥形漩涡）和超大质量黑洞。（来源：美国国家航空航天局/索诺玛州立大学）