四川
探索宇宙奧秘 · 理性思考
宇宙深處并不總是死寂一片。
那里有時也會像生命體一樣，展現出某種神秘的“心跳”。
他們利用NASA的凌日系外行星巡天衛星（TESS）數據，發現了多個耀變體存在顯著的準周期振蕩信號。
這不僅是數據的勝利，更是人類對黑洞極端物理環境認知的一次深化。
TESS衛星的主要任務是“找行星”。
它通過盯著恒星亮度的微小周期性變化，來發現太陽系外的行星。
但這次，科學家們把它對準了宇宙中最狂暴的一類天體：耀變體。
耀變體是活動星系核的一種。
它們中心是超大質量黑洞，正在瘋狂吞噬周圍物質。
同時，黑洞會向兩極噴射出接近光速的等離子體噴流。
如果噴流剛好對著地球，我們就能看到極其劇烈的亮度變化。
Tripathi團隊分析了TESS的高精度光變曲線。
他們還結合了Swift衛星硬X射線巡天長達157個月的數據。
在篩選出的38個變源中，有4個耀變體表現出了極高的周期性顯著性。
這些光變曲線不再是雜亂無章的噪點。
它們呈現出規律的起伏，周期在5到10天之間。
更有趣的是，其中一個天體的信號在不同年份的觀測中反復出現。
這表明，這種震蕩可能持續了數年之久。
這種準周期振蕩（QPO）究竟是什么？
它不是完美的鐘表擺動，而是帶有某種隨機性的規律脈動。
在物理學上，這通常暗示著系統內部某種特定的動力學過程。
對于耀變體而言，科學家們提出了兩種主要的解釋機制。
第一種是噴流的“扭折不穩定性”。
想象一下，當你拿著花園水管澆水時，水流如果太強，水管會像蛇一樣甩動。
耀變體的噴流也是由高速運動的等離子體組成的。
如果噴流內部的速度或磁場分布不均勻，就會產生這種“扭折”。
這種扭折沿著噴流傳播，就會導致我們觀測到的亮度發生周期性變化。
第二種可能性是噴流中存在“子結構”。
噴流并不是一根均勻的針，而可能是由一個個高能團塊組成的。
這些團塊在噴流中運動、相互作用，也可能產生震蕩信號。
這次發現的周期只有5到10天。
根據時標對應的空間尺度，這說明震蕩發生的區域非常靠近黑洞核心。
這為我們窺探黑洞視界附近的極端環境提供了一個寶貴窗口。
準周期振蕩在天體物理中一直是個“稀客”。
在恒星級黑洞的雙星系統中，科學家們對QPO已經比較熟悉。
但在活動星系核中，發現QPO要困難得多。
這是因為活動星系核的尺度巨大。
其變化時標往往長達數年甚至數十年，遠超人類的觀測歷史。
而且，吸積盤和噴流的過程非常復雜，各種噪音容易掩蓋微弱的周期信號。
這次研究之所以能成功，得益于TESS的高時間分辨率。
它幾乎不間斷地盯著同一片天區，提供了連續的數據流。
研究團隊采用了廣義Lomb-Scargle周期圖和加權小波Z變換等先進方法。
這些數學工具像精密的篩子，從海量數據中過濾出了有價值的周期信息。
即使我們無法直接“看到”黑洞的精細結構，也能通過光變曲線的“指紋”，反推其背后的物理機制。
它連接了微觀的等離子體物理過程和宏觀的宇宙尺度的能量釋放。
這反映出中國在高能天體物理領域的研究實力正在穩步提升。
過去，我們在觀測設備上或許與國際頂尖水平有差距。
但現在，中國科學家已經具備了利用國際公開數據進行深度挖掘的能力。
更重要的是，我們正在從單純的“數據使用者”向“科學引領者”轉變。
雖然這次主要用的是TESS和Swift的數據，但背后的理論支撐和分析能力是實打實的。
除了即將投入使用的空間望遠鏡，像LAMOST（郭守敬望遠鏡）和FAST（中國天眼）也在持續積累海量時域觀測數據。
中國科學家不僅在硬件上追趕，在數據分析和理論建模上也已躋身世界前列。
未來，隨著更多先進設備的投入使用，我們有望在這些神秘信號的源頭捕捉上取得更多突破。
或許有一天，我們能徹底解開黑洞噴流“呼吸”的秘密。
Ashutosh Tripathi et al, Probable quasi-periodic oscillations in the TESS observations of blazars in the Swift X-ray Survey, Monthly Notices of the Royal Astronomical Society (2025). DOI: 10.1093/mnras/staf2211
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